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EP0662703B1 - Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter - Google Patents

Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter Download PDF

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Publication number
EP0662703B1
EP0662703B1 EP95200013A EP95200013A EP0662703B1 EP 0662703 B1 EP0662703 B1 EP 0662703B1 EP 95200013 A EP95200013 A EP 95200013A EP 95200013 A EP95200013 A EP 95200013A EP 0662703 B1 EP0662703 B1 EP 0662703B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
layers
emitter
deposited
protective layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95200013A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0662703A1 (de
Inventor
Georg Dr. c/o Philips Gärtner
Hans-Jürgen Dr. c/o Philips Lydtin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Philips Patentverwaltung GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Publication of EP0662703A1 publication Critical patent/EP0662703A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0662703B1 publication Critical patent/EP0662703B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04—Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current
    • H01J1/16—Cathodes heated directly by an electric current characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02—Electron guns
    • H01J3/027—Construction of the gun or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a controllable thermionic electron emitter for vacuum electron tubes with an emitting emitter layer and with at least one control layer separated from the emitter layer by an insulating layer, the Insulating layer and the control layers are produced by a deposition process, with all functional elements such as control layers, emitter layer as well as separating insulating layers in succession in the growth direction and are successively deposited on a substrate such that the layers over Solid boundary layers stick together.
  • Such an electron emitter with a single control layer is known from US-A 4,237,209 known.
  • the known cathode grid structure has one single emitting region and also further diffusion barrier layers and BN layers to adjust grid voltages.
  • Electron emitters for vacuum electron tubes must have a high one Electron emission also has sufficient resistance to residual gas poisoning and Show ion bombardment. Depending on the application, high Lifetime demands. In this regard, very small particles are less emitting layers composed as 1 ⁇ m diameter advantageous, which are described in DE-A 42 07 220 or in DE-A 42 06 909.
  • cathode elements With flat displays, numerous cathode elements have to be in close proximity and in precise spatial allocation to be ordered. An adjustment of separate cathode elements e.g. by means of manually operated devices time consuming and in terms of adjustment accuracy problematic.
  • the invention has for its object an electron emitter of the beginning to create the type mentioned, which is dimensionally accurate even with small dimensions is producible, its dimensional accuracy during operation and especially at Temperature changes with a long service life are preserved with little fluctuation and which has a uniform electron emission and a high efficiency.
  • the solution is achieved in that the emitter layer is electrically separated into several controllable areas is divided and that the emitter layer of particles in Size range from 1 to 100 nm is formed, which is generated by laser ablation become.
  • controllable thermionic electron emitters In the case of controllable thermionic electron emitters according to the invention, all are functional elements combined into a monolithic block. A Subsequent connection and adjustment causing inaccuracies functional elements is not required. All layers of the invention Arrangement adhere firmly to one another via solid boundary layers, so that even high thermal loads no impermissible changes in the geometric Cause configuration. Suitable Process for manufacturing such integrated structures are widely known and are e.g. also in IC production used. Even microstructures for matrix-like Multiple cathode arrangements can be made with high dimensional accuracy getting produced. Even layer thicknesses of less than 20 ⁇ m with tolerances of less than 3% easily possible. Lateral distances can also be used between elements of a finely structured multiple cathode for example using known etching processes can be realized exactly.
  • Arrangements according to the invention can be made with one or several independently controllable control layers be built up by what in itself various functions are known to be fulfilled can.
  • Metallic control layers can also act as ion traps be provided.
  • the Control layers can be used to form electrically separately controllable areas can be divided.
  • Arrangements according to the invention offer the possibility that a grid with two separately controllable heating layers can be controlled by cathode spots in a matrix.
  • the individual layers of an arrangement according to the invention are successively deposited on a carrier substrate.
  • a carrier substrate As a carrier substrate, an optionally with serve an insulating layer provided heating element.
  • a preferred method of making a The arrangement according to the invention is characterized in that that the emitter layer before further deposition Layers is provided with a protective layer, which at least the emitting areas of the emitter layer covers and which after the application of all Layers is removed. This will poison the emitting surfaces when applying subsequent layers avoided.
  • the protective layer one the emitting areas of the emitter layer cover aperture, but is preferred Process in which the protective layer covers the entire surface the deposited emitter layer is which in the areas which are as emissive Areas should serve after the deposition of all Layers is removed.
  • a protective layer is preferred made of metal, especially tungsten.
  • the areas of the protective layer to be removed can be through a chemical etching process, especially by ion etching be removed.
  • the protective layer as an excess thickness the emitter layer.
  • the emitter layer of particles in Size range from 1 to 100 nm, which is formed by Laser ablation of a target can be generated.
  • Such Emitter layers result in a particularly uniform Electron emission.
  • the emissions of various surface elements with dimensions of e.g. 1 ⁇ m differ among themselves by no more than 10%.
  • metallurgical or electrophoretic manufactured emitter layers very non-uniform Result in emission densities, e.g. when comparing different surface elements with dimensions of about Distinguish 100 ⁇ m by powers of ten.
  • the insulating layer (s) and / or the protective layer and / or the Control layer (s) applied by a CVD process become. Do you use heated substrates or heat / heat you can do the structure after every single layer Laser ablation deposition to form dense layers are used, especially with pressures ⁇ 0.1 hPa. Particularly suitable emitting layers and processes for their production are in DE-A 42 07 220 and DE-A 42 06 909.
  • Fig. 1 is a controllable thermionic schematically Electron emitter shown for color picture tubes.
  • a heater 1 serves as a support and substrate for the Deposition of the following layers, namely one Insulating layer 2, an emitter layer 3, a protective layer 8, an insulating layer 4, a grid layer 5 and optionally an insulating layer 6 and one Grid layer 7.
  • the insulating layers consist of oxide layers deposited by CVD or LAD, in particular of BeO, ZrO 2 or BaWO 4 , and have a thickness of approximately 80 ⁇ m.
  • the approximately 70 ⁇ m thick emitter layer 3 was deposited as a porous structure from parts with a diameter of less than 1 ⁇ m by LAD.
  • the emitter layer consists, for example, of W + 3 3% BaO or 4 BaO.CaO.Al 2 O 3 and Sc 2 O 3 , in particular 2-3.5% by weight of Sc 2 O 3 .
  • the layer consists of oxide cathode material, in particular of BaO / SrO, doped with Ni particles and with Sc 2 O 3 particles with a proportion of 1 1% by weight, a percolation structure preferably being implemented for BaO / SrO.
  • a grid 13 with the cross-sectional areas 13a and 13b surrounds all emitting areas as a common grid 3a, 3b and 3c.
  • Another common grid can pass through the parts of the grid layer 7 indicated by dashed lines be formed.
  • the cover can be the protective layer 8 replace in certain cases.
  • a protective tungsten layer 8 can also be formed by oxidation and subsequent evaporation are removed. Still is it is possible to make the protective layer 8 from the same material how to apply the emitter layer 3 with such a thickness and later remove it like the poisoning penetrates when applying the subsequent layers. Doing so the emitter layer is initially manufactured with oversize.
  • Analogous to the arrangement explained as an example in FIG. 1 can use modified electron emitters for different types Use cases are made. Especially can have matrix-like structures according to the schematic 2 are formed. There are on a heater 14 parallel emitter strips 15 and Lattice strips 16 arranged above it perpendicularly. By Gaps 17 in the grating strips 16 are emissive Areas 18 free, which with simultaneous electrical Control of the intersecting strips 15 and 16 send out an electron beam.
  • the structure of Fig. 2nd was inventively by successive application of individual layers and subsequent etching processes manufactured.
  • the parts of the emitter strips (for example 19), which should not emit, are or remain in the Contrary to the emitter spots 18 with one not emissive protective layer covered.
  • Matrix-like controls can also be done by two on top of each other arranged heating layers according to FIG. 3 causes become.
  • a carrier 20 were successively Insulating layer 21, a meandering heating conductor 22, a Insulating layer 23, a meandering heating conductor 24, a Insulating layer 25, an electrically conductive layer 26 and an emitter layer with an emitter spot 27 is applied.
  • the heating conductors 22 and 24 are components of heating conductor strips, which consists of numerous arranged in a row similar heating conductors exist.
  • the heating conductor strips, which contain the heating conductors 22 and 24 run analogous to FIG. 2 perpendicular to each other.
  • the emitter surfaces 27 are only emissable if the heating conductors of both Heating conductor strips are energized.
  • the required heating power can be reduced that with additional stand-by heating preheating is provided at about 400 ° C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Solid Thermionic Cathode (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren thermionischen Elektronenemitter für Vakuumelektronenröhren mit einer emittierenden Emitterschicht und mit mindestens einer von der Emitterschicht durch eine Isolierschicht getrennten Steuerschicht, wobei die Isolierschicht und die Steuerschichten durch ein Abscheideverfahren hergestellt sind, wobei sämtliche funktionellen Elemente wie Steuerschichten, Emitterschicht sowie trennende Isolierschichten in Aufwachsrichtung aufeinanderfolgend und nacheinander auf ein Substrat derart abgeschieden sind, daß die Schichten über Festkörpergrenzschichten aneinander haften.
Ein derartiger Elektronenemitter mit einer einzigen Steuerschicht ist aus der US-A 4,237,209 bekannt. Die daraus bekannte Kathoden-Gitterstruktur weist einen einzigen emittierenden Bereich und außerdem weitere Diffusionsbarriereschichten und BN-Schichten zur Anpassung von Gitterspannungen auf.
Elektronenemitter für Vakuumelektronenröhren müssen außer einer hohen Elektronenemission auch eine genügende Resistenz gegen Restgasvergiftung und Ionenbombardement aufweisen. Dabei werden je nach Anwendungsfall hohe Lebensdauern verlangt. Diesbezüglich sind aus sehr kleinen Teilchen von weniger als 1 µm Durchmesser zusammengesetzte emittierende Schichten vorteilhaft, welche in der DE-A 42 07 220 oder in der DE-A 42 06 909 beschrieben sind.
Zur Fokussierung und/oder Steuerung des Elektronenstrahls werden entsprechende Fokussierelemente bzw. Gitter benötigt, deren Abstand und Zuordnung zur Kathode genau eingehalten werden muß. Wenn die erforderlichen Bauelemente aus Einzelteilen assembliert werden, sind relativ hohe Streuungen der Lagezuordnungen unvermeidbar. Insbesondere bei Sollabständen zwischen Gitter und Kathode im Bereich von 10 bis 100 µm, welche niedrige Steuerspannungen ermöglichen, kann das Elektronenstrahlprofil bei Toleranzabweichungen in unerwünschter Weise verzerrt werden. Auch die Einhaltung eines geringen Streubereichs der Betriebsdaten von weniger als 1% ist dann nicht möglich.
Bei flachen Displays müssen zahlreiche Kathodenelemente in enger Nachbarschaft und in genauer räumlicher Zuordnung angeordnet werden. Eine Justierung separater Kathodenelemente z.B. mittels manuell bedienter Vorrichtungen ist zeitaufwendig und hinsichtlich der Justiergenauigkeit problematisch.
Steuerbare thermionische Elektronenemitter der eingangs genannten Art sind insbesondere anwendbar für
  • TV und Monitorröhren, z.B. Direktsicht-Schattenmaskenröhren
  • Flache Displays
  • Röntgenröhren
  • Klystrons
  • Sende- und Verstärkerröhren, z.B. Tetroden
  • Gyrotrons
  • Rasterelektronenmikroskope
Bei TV- und Monitorröhren ist eine Verbesserung der Bildschirmauflösung nur möglich, wenn ein geringer Abstand zwischen Kathode und Gitter von z.B. 80 µm mit einer Toleranz von ±1 µm eingehalten werden kann. Auch die lateralen Toleranzen müssen genau genug eingehalten werden, wenn eine unerwünschte laterale Verschiebung des sogenannten "Cross-overs", d.h. des Bereichs, wo sich die Elektronenrandstrahlen bei der Fokussierung überschneiden, sowie Verzerrungen des Elektronenstrahlspots auf einen Phosphorschirm vermieden werden sollen.
Auch bei Röntgenröhren ist eine Verbesserung der Fokussierung des Elektronenstrahlbündels erwünscht, was durch eine flache Kathode mit nahe darüber angeordneten Steuergittern begünstigt wird. Die Einhaltung enger Toleranzen des Abstandes zwischen Gitter und Kathode ist auch bei Klystrons und UHF-Röhren oder auch bei elektronenmikroskopen anzustreben. Bei Gyrotrons ist es wichtig, die dreidimensionale Geometrie und Flächenberandung der Kathode möglichst genau herzustellen.
In der US-PS 4 096 406 werden Versuche erwähnt, bei denen die Kathodenoberfläche mit einem Netzwerk aus Isoliermaterial mittels eines CVD-Verfahrens beschichtet wurde, wonach die Oberfläche des Isoliermaterials mit Metall zur Bildung von Steuerelektroden beschichtet wurde. Bei diesen Versuchen ergaben sich infolge der Beschichtungsprozesse bleibende Vergiftungen der emittierenden Kathodenfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenemitter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher auch bei kleinen Abmessungen maßgenau herstellbar ist, dessen Maßhaltigkeit beim Betrieb und insbesondere bei Temperaturänderungen mit langer Lebensdauer schwankungsarm erhalten bleibt und der eine uniforme Elektronenemission und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Die Lösung gelingt dadurch, daß die Emitterschicht in mehrere elektrisch separat ansteuerbare Bereiche unterteilt ist und daß die Emitterschicht aus Partikeln im Größenbereich von 1 bis 100 nm gebildet wird, welche durch Laserablation erzeugt werden.
Bei erfindungsgemäßen steuerbaren thermionischen Elektronenemittern sind alle funktionellen Elemente zu einen monolithischen Block vereinigt. Eine Ungenauigkeiten verursachende nachträgliche Verbindung und Justierung der funktionellen Elemente ist nicht erforderlich. Alle Schichten der erfindungsgemäßen Anordnung haften über Festkörpergrenzschichten fest aneinander, so daß auch hohe thermische Belastungen keine unzulässigen Veränderungen der geometrischen Konfiguration verursachen. Geeignete Verfahren zur Herstellung solcher integrierter Strukturen sind vielfältig bekannt und werden z.B. auch bei der IC-Herstellung verwendet. Selbst Mikrostrukturen für matrixartige Mehrfachkathodenanordnungen können mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden. Selbst Schichtdicken von weniger als 20 µm sind mit Toleranzen von weniger als 3% ohne weiteres möglich. Ebenso können laterale Abstände zwischen Elementen einer feinstrukturierten Mehrfachkathode beispielsweise mit Hilfe bekannter Ätzverfahren genau realisiert werden.
Erfindungsgemäße Anordnungen können mit einer oder mehreren unabhängig voneinander ansteuerbaren Steuerschichten aufgebaut sein, durch welche in an sich bekannter Weise verschiedene Funktionen erfüllt werden können. Metallische Steuerschichten können auch als Ionenfallen vorgesehen sein. Die Steuerschichten können zur Bildung von elektrisch separat ansteuerbaren Bereichen unterteilt sein.
Erfindungsgemäße Anordnungen bieten die Möglichkeit, daß mit zwei getrennt ansteuerbaren Heizschichten ein Raster von Kathodenflecken matrixartig angesteuert werden kann. Die einzelnen Schichten einer erfindungsgemäßen Anordnung werden nacheinander auf ein Trägersubstrat abgeschieden. Als Trägersubstrat kann vorteilhaft ein gegebenenfalls mit einer Isolierschicht versehenes Heizelement dienen.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht vor der Abscheidung weiterer Schichten mit einer Schutzschicht versehen wird, welche zumindest die emittierenden Bereiche der Emitterschicht abdeckt und welche nach der Aufbringung sämtlicher Schichten entfernt wird. Dadurch wird eine Vergiftung der emittierenden Flächen beim Aufbringen von Folgeschichten vermieden. In einfachster Weise kann die Schutzschicht eine die emittierenden Bereiche der Emitterschicht abdeckende Blende sein, bevorzugt wird jedoch ein Verfahren, bei dem die Schutzschicht eine ganzflächig auf der abgeschiedenen Emitterschicht abgeschiedene Schicht ist, welche in den Bereichen, welche als emittierende Flächen dienen sollen, nach der Abscheidung sämtlicher Schichten entfernt wird. Bevorzugt wird eine Schutzschicht aus Metall, insbesondere aus Wolfram.
Die zu enfernenden Bereiche der Schutzschicht können durch ein chemisches Ätzverfahren, insbesondere durch Ionenätzen entfernt werden.
Es ist ebenfalls möglich, die Schutzschicht als Überschußdicke der Emitterschicht auszubilden.
Insbesondere für Anordnungen mit einer Mehrzahl von monolythisch integrierten steuerbaren Kathodenelementen ist es vorteilhaft, daß die Emitterschicht aus Partikeln im Größenbereich von 1 bis 100 nm gebildet wird, welche durch Laserablation eines Targets erzeugt werden. Derartige Emitterschichten ergeben eine besonders uniforme Elektronenemission. Die Emissionen verschiedener Flächenelemente mit Abmessungen von z.B. 1 µm unterscheiden sich untereinander um nicht mehr als 10%. Zum Vergleich sei erwähnt, daß sich bei metallurgisch oder elektrophoretisch hergestellten Emitterschichten sehr ungleichförmige Emissionsdichten ergeben, die sich z.B. beim Vergleich verschiedener Flächenelemente mit Abmessungen von etwa 100 µm um Zehnerpotenzen unterscheiden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Isolierschicht(en) und/oder die Schutzschicht und/oder die Steuerschicht(en) durch ein CVD-Verfahren aufgebracht werden. Benutzt man geheizte Substrate oder heizt/tempert man die Struktur nach jeder Einzelschicht, so kann auch Laser-Ablationsdeposition zur Bildung dichter Schichten verwendet werdet, insbesondere mit Drücken <0,1 hPa. Besonders geeignete emittierende Schichten und Verfahren zu deren Herstellung sind in DE-A 42 07 220 und DE-A 42 06 909 beschrieben.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung angedeuteten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1
zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Anordnung mit drei emittierenden Emitterflecken und mit mehreren Gittern.
Fig. 2
zeigt eine Matrixanordnung
Fig. 3
zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Heizschichten.
In Fig. 1 ist schematisch ein steuerbarer thermionischer Elektronenemitter für Farbbildröhren dargestellt.
Ein Heizer 1 dient als Träger und Substrat für die Abscheidung der folgenden Schichten, nämlich einer Isolierschicht 2, einer Emitterschicht 3, einer Schutzschicht 8, einer Isolierschicht 4, einer Gitterschicht 5 und gegebenenfalls einer Isolierschicht 6 und einer Gitterschicht 7.
Die Isolierschichten bestehen aus durch CVD oder LAD abgeschiedenen Oxidschichten, insbesondere aus BeO, ZrO2 oder BaWO4, und haben eine Dicke von etwa 80 µm. Die etwa 70µm dicke Emitterschicht 3 wurde als poröse Struktur aus Teilen mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm per LAD abgeschieden.
Die Emitterschicht besteht z.B. aus W + ≤ 3 % BaO oder 4 BaO · CaO · Al2O3 sowie Sc2O3, insbesondere 2-3,5 Gew.% Sc2O3. In einer weiteren Ausführungsvariante besteht die Schicht aus Oxidkathodenmaterial, insbesondere aus BaO/SrO, dotiert mit Ni-Partikeln und mit Sc2O3-Partikeln mit einem Anteil von ≤ 1 Gew. %, wobei für BaO/SrO vorzugsweise eine Perkolationsstruktur realisiert wird.
Auf die Emitterschicht wurde eine etwa 100 µm dicke metallische Wolframschicht als Schutzschicht 8 abgeschieden, durch welche eine spätere Vergiftung der emittierenden Flächenbereiche 3a (rot), 3b (grün) und 3c (blau) beim Abscheiden der Folgeschichten verhindert werden soll. Anschließend wurden Schichten 4 und 5 abgeschieden, welche zunächst auch die emittierenden Flächenbereiche überdeckten. Das über den emittierenden Flächen abgeschiedene Material der Isolierschicht 4 und der Gitterschicht 5 sowie der Schutzschicht 8 wurde durch eine Ätzmaske hindurch durch Ionenätzen entfernt. In die Gitterschicht 5 wurden zur Bildung elektrisch voneinander ansteuerbare Einzelgitter Isolierspalte 9 eingebracht, z.B. durch Laserablation oder Wegätzen mit einem Ionenstrahl. Diese Spalte können durch Isoliermaterial ausgefüllt werden. Derart wurden Einzelgitter 10,11 und 12 gebildet, welche jeweils die zugeordneten emittierenden Bereiche 3 a bzw. 3b bzw. 3c umgeben.
Ein Gitter 13 mit den Querschnittsflächen 13a und 13b umgibt als gemeinsames Gitter alle emittierenden Bereiche 3a, 3b und 3c. Ein weiteres gemeinsames Gitter kann durch die gestrichelt angedeuteten Teile der Gitterschicht 7 gebildet werden.
Alternativ ist es möglich, die in Fig. 1 dargestellten Bereiche der Schichten 4 bis 7 bereits in der endgültigen Konfiguration über entsprechend geformte Blenden aufzubringen. In diesem Fall kann die Blende die Schutzschicht 8 in gewissen Fällen ersetzen.
Eine Wolfram-Schutzschicht 8 kann auch durch Oxidation und anschließende Verdampfung entfernt werden. Weiterhin ist es möglich, die Schutzschicht 8 aus dem gleichen Material wie die Emitterschicht 3 mit einer solchen Dicke aufzubringen und später wieder zu entfernen, wie die Vergiftung beim Aufbringen der Folgeschichten eindringt. Dabei wird die Emitterschicht zunächst mit Übermaß hergestellt.
Analog der in Fig. 1 als Beispiel erläuterten Anordnung können abgewandelte Elektronenemitter für verschiedenartige Anwendungsfälle hergestellt werden. Insbesondere können matrixartige Strukturen entsprechend der schematischen Darstellung der Fig. 2 gebildet werden. Dort sind auf einem Heizer 14 parallele Emitterstreifen 15 und darüber senkrecht dazu Gitterstreifen 16 angeordnet. Durch Lücken 17 in den Gitterstreifen 16 liegen emittierende Flächen 18 frei, welche bei gleichzeitiger elektrische Ansteuerung der sich dort kreuzenden Streifen 15 und 16 einen Elektronenstrahl aussenden. Die Struktur nach Fig. 2 wurde erfindungsgemäß durch aufeinanderfolgendes Aufbringen von Einzelschichten und nachfolgende Ätzvorgänge hergestellt. Die Teile der Emitterstreifen (beispielsweise 19), welche nicht emittieren sollen, sind bzw. bleiben im Gegensatz zu den Emitterflecken 18 mit einer nicht emissionsfähigen Schutzschicht bedeckt.
Matrixartige Ansteuerungen können auch durch zwei übereinander angeordnete Heizschichten gemäß Fig. 3 bewirkt werden. Auf einem Träger 20 wurden aufeinanderfolgend eine Isolierschicht 21, ein mäanderförmiger Heizleiter 22, eine Isolierschicht 23, ein mäanderförmiger Heizleiter 24, eine Isolierschicht 25, eine elektrisch leitende Schicht 26 und eine Emitterschicht mit einem Emitterfleck 27 aufgebracht. Die Heizleiter 22 und 24 sind Bestandteile von Heizleiterstreifen, welche aus in Reihe angeordneten zahlreichen gleichartigen Heizleitern bestehen. Die Heizleiterstreifen, welche die Heizleiter 22 und 24 enthalten, verlaufen analog Fig. 2 senkrecht zueinander. Die Emitterflächen 27 sind nur dann emissionsfähig, wenn die Heizleiter beider Heizleiterstreifen stromdurchflossen sind. Die erforderliche Heizleistung kann dadurch reduziert werden, daß mit einer zusätzlichen Stand-by-Heizung eine Vorerwärmung auf etwa 400° C vorgesehen wird.

Claims (13)

  1. Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter für Vakuumelektronenröhren mit einer emittierenden Emitterschicht (3,15,27) und mit mindestens einer von der Emitterschicht (3,15,27) durch eine Isolierschicht (4) getrennten Steuerschicht (5), wobei die Isolierschicht (4) und die Steuerschichten (5) durch ein Abscheideverfahren hergestellt sind, wobei sämtliche funktionellen Elemente wie Steuerschichten (5,7,22,24), Emitterschicht (3,15,27) sowie trennende Isolierschichten (2,4,6,21,23,25) in Aufwachsrichtung aufeinanderfolgend und nacheinander auf ein Substrat (1,20) derart abgeschieden sind, daß die Schichten über Festkörpergrenzschichten aneinander haften,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht (3,15,27) in mehrere elektrisch separat ansteuerbare Bereiche (3a, 3b, 3c) unterteilt ist und daß die Emitterschicht (3,15,27) aus Partikeln im Größenbereich von 1 bis 100 nm gebildet wird, welche durch Laserablation erzeugt werden.
  2. Elektronenemitter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Steuerschichten (5,7,22,24) vorgesehen sind.
  3. Elektronenemitter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschicht eine durch eine elektrische Spannung elektrisch leitfähige Gitterstruktur (7,10,11,12,13,16) ist.
  4. Elektronenemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennt ansteuerbare Heizschichten (22,24) vorgesehen sind.
  5. Elektronenemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschichten in elektrisch separat ansteuerbare Bereiche (15,16) unterteilt ist sind.
  6. Elektronenemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein gegebenenfalls mit einer Isolierschicht (2) versehenes Heizelement (1) ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Elektronenemitters nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht (3,15) vor der Abscheidung weiterer Schichten mit einer Schutzschicht (8) versehen wird, welche zumindest die emittierenden Bereiche (3a,3b,3c,18) der Emitterschicht abdeckt und welche nach der Aufbringung sämtlicher Schichten entfernt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine die emittierenden Bereiche der Emitterschicht abdeckende Blende ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (8) eine ganzflächig auf der abgeschiedenen Emitterschicht abgeschiedene Schicht ist, welche in den Bereichen, welche als emittierende Flächen dienen sollen, nach der Abscheidung sämtlicher Schichten entfernt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die ganzflächig abgeschiedene Schutzschicht (8) eine Metallschicht ist, insbesondere eine Wolframschicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zu entfernenden Bereiche der Schutzschicht (8) durch ein chemisches Ätzverfahren, insbesondere durch Ionenätzen entfernt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die ganzflächig abgeschiedene Schutzschicht (8) aus einer Überschußdicke der Emitterschicht (3) besteht.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten und/oder die Schutzschicht und/oder die Steuerschichten durch ein CVD-Verfahren aufgebracht werden.
EP95200013A 1994-01-08 1995-01-05 Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter Expired - Lifetime EP0662703B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4400353A DE4400353A1 (de) 1994-01-08 1994-01-08 Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter
DE4400353 1994-01-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0662703A1 EP0662703A1 (de) 1995-07-12
EP0662703B1 true EP0662703B1 (de) 1999-04-07

Family

ID=6507586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP95200013A Expired - Lifetime EP0662703B1 (de) 1994-01-08 1995-01-05 Steuerbarer thermionischer Elektronenemitter

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5735720A (de)
EP (1) EP0662703B1 (de)
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