DE2116014B2 - Feldemissions-elektronenkanone - Google Patents

Description

der Kathodenspitze auf dem gleichen Potential wie verantwortlich ist

diese liegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Überschläge zwischen der Kathodenspitze und der becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer 25 enter Anode zu vermeiden, um die Lebensdauer der Bodenwand ein Loch zum Durchtritt der Elektronen Kathodenspitze zu erhöhen.

aufweist, sowie einer im Abstand von der Boden- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre

wand angeordneten zweiten Anode, dadurch ge- des Patentanspruchs 1. Danach verhindert die an das

kennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) aus Potential der Kathodenspitze geschaltete Schirmelek-

einem die Außenwand der ersten Anode (2) 30 trode. daß durch elektrische Überschläge von der ersten

umgebenden ringförmigen Teil sowie einem Boden- Anode aus zwischen dieser und der Kathodenspitze eine

teil (16) besteht, der zwischen der Bodenwand der für Überschläge zwischen der Kathodenspitze und der

ersten Anode und der zweiten Anode (3) angeordnet ersten Anode ausreichende Potentialdifferen* entsteht,

ist Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 33 607 ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekenn- 35 es zwar bekannt, die erste Anode einer Feldemissionszeichnet, daß der Bodenteil (16) der Schirmelektrode Elektronenkanone mit einer weiteren Elektrode zu (12) auf seiner der zweiten Anode (3) zugewandten umgeben, die auf ein bestimmtes Potential gelegt wird. Seite eine gekrümmte, hochpolierte Oberfläche Diese weitere Elektrode hat jedoch eine ganz andere aufweist Aufgabe. Bei der bekannten Elektronenkanone liegt

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer 40 nämlich die erste Anode auf einem Wechselpotential, becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer das zur Folge hat, daß die Linsenwirkung zwischen der Bodenwand eit Loch zum Durchtritt der Elektronen ersten und der zweiten Anode in weiten Grenzen aufweist, sowie einer in Abstand von der Bodenwand schwankt. Die die erste Anode umgebende weitere durch Isolatoren gehaltenen zweiten Anode, da- Elektrode hat nun die Aufgabe, diese Schwankungen durch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) 45 hinsichtlich der Linsenwirkung zu kompensieren. Zu einen die Außenseite der ersten Anode (2) diesem Zweck liegt im Gegensatz zu der erfindungsgeumgebenden ringförmigen Teil aufweist, daß sich an mäßen direkten Verbindung zwischen der Kathodenden ringförmigen Teil der ersten Anode (2) ein spitze und der weiteren Elektrode eine Spannungsquel-Isolator (11) anschließt, durch den die zweite Anode Ie, die zwischen diesen beiden Elementen eine endliche (3) gegen die Schirmelektrode (12) abgestützt wird, 5° Spannung erzeugt Daher kann bei der bekannten und daß die Schirmelektrode mit innerhalb des Elektronenkanone die weitere Elektrode nicht die Isolators (11 Jangeordneten, auf die zweite Anode (3) Funktion der erfindungsgemäßen Schirmelektrode zum weisenden Vorsprüngen (12') versehen ist. Schutz der ersten Anode gegen elektrische Überschläge

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kathoden- und Anodenanschlüsse durch 55 ein becherförmiges Isolatorteil geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Isolatorteil (6) und der ersten Anode (2) eine weitere Schirmelektrode (14) angeordnet ist.

ausüben.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in F i g. 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert

In F i g. 1 bedeuten 1 eine nadeiförmige Kathoden-6o spitze, 2 eine erste Anode, 3 eine zweite Anode, 4 und 5

Löcher in den Anoden 2 bzw. 3 durch die ein

Elektronenstrahl hindurchtritt, 6 und U Isolatoren, 7 und 9 Elektrodenanschlüsse, 8 einen haarnadelförmigen

Bei einer Feldemissions-Elektronenkanone der im Wolframfaden und 10 eine Kontaktfeder. Diese Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art 65 Elemente sind bekannt und bilden den herkömmlichen besteht wegen des hohen Potentials der ersten Anode Aufbau einer Elektronenkanone. Mit 12 ist eine erste die Gefahr, daß von dieser Anode Überschläge zu auf Schirmelektrode bezeichnet. Eine hohe negative Span-Erdpotential liegenden Teilen der Elektronenkanone, · nung vcn beispielsweise -3OkV wird der Kathoden-

spitze 1 über den Elektrodenanschluß 7 zugeführt, während eine weitere hohe negative Spannung von etwa — 27 kV über den Elektrodenanschluß 9 und die Kontaktfeder 10 der ersten Anode zugeführt wird. Außerdem ist die zweite Anode 3 geerdet

Da bei der obigen Elektronenkanone die elektrische Feldstärke in der Nähe des obersten Teiles der Kathodenspitze 1 aufgrund des Potentialunterschiedes zwischen der Kathodenspitze 1 und der ersten Anode 2 etwa 10⁷ bis 10⁸ V/cm beträgt, wird durch den den Faden 8 durchsetzenden elektrischen Heizstrom bewirkt, daß die Kathodenspitze 1 Elektronen emittiert. Diese das Loch 4 durchsetzenden Elektronen werden durch ein elektrisches Feld fokussiert, das zwischen der ersten Anode 2 und der zweiten Anode 3 besteht und als elektronische Linse wirkt, so daß am Ausgang des Loches 5 ein Elektronenstrahl mit kleine>n Durchmesser und hoher Intensität erhalten wird.

Da die Kathodenspitze 1 von der ersten Anode 2 umgeben ist, tritt zwischen der Kathodenspitze 1 und auf Erdpotential liegenden Teilen, etwa dem (nicht gezeigten) Kolben der Elektronenkanone, fast nie eine Entladung auf, selbst wenn die oben beschriebene hohe negative Spannung an der Kathodenspitze 1 liegt.

Es wird daher vermutet, daß bei herkömmlichen Elektronenkanonen eine Entladung zwischen der ersten Anode 2 und auf Erdpotential liegenden Teilen stattfindet.

Tritt eine solche Entladung auf, so nimmt die erste Anode 2 sofort Erdpotential an, und der Potentialunterschied zwischen der Kathodenspitze 1 und der ersten Anode 2 wird sehr hoch, so daß die von der Kathodenspitze 1 emittierte Elektronenmenge rasch und außerordentlich stark zunimmt.

Im allgemeinen wird der oberste Teil der Kathodenspitze 1 sehr scharf gemacht, damit durch ein elektrisches Feld Elektronen von dort emittiert werden können. Beispielsweise wird als Kathodenspitze ein Wolframdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis 0,2 mm verwendet, dessen oberster Teil nadeiförmig mit einem Krümmungsradius von bis hinunter zu 500 Ä ausgebildet ist. Infolge des rapiden Anwachsens von Elektronen bei Auftreten der Entladung wird daher der oberste Teil der Kathodenspitze 1 außerordentlich stark erhitzt und dadurch zerstört, so daß die Elektronenemission von dieser Stelle aufhört, da die elektrische Feldstärke in der Umgebung des obersten Teils der Kathodenspitze 1 auf einen derart geringen Wert abfällt, der zur Emission von Elektronen nicht mehr ausreicht.

Aus den obigen Gründen ist erklärlich, daß ein positiver Potentialunterschied zwischen der Kathodenspitze und der ersten Anode nicht übermäßig wird, wenn die besagte Entladung zwischen der ersten Anode und auf Erdpotential liegenden Teilen verhindert wird; dadurch kann dann eine Zerstörung des obersten Teiles ■der Spitze vermieden werden.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronenkanone gemäß F i g. 1 umgibt daher die erste Schirmelektrode 12 die erste Anode 2. Der ersten Schirmelektrode 12 wird über eine mit dem Elektrodenanschluß 7 verbundene Kontaktfeder 13 die gleiche Spannung zugeführt wie der Kathodenspitze 1.

Außerdem ist zwischen der ersten Anode 2 und der ersten Schirmelektrode 12 ein Isolator 15 mit einer Durchbruchspannung von mindestens 5 kV angeordnet; falls erforderlich, kann eine zweite Schirmelektrode 14 den Stirnabschnitt 6' des Isolators 6 umgeben, um eine Entladung von diesem zu verhindern.

Die erste Schirmelektrode 12 hat außerdem einen Bodenteil 16, der die erste Anode 2 gegen die zweite Anode 3 sowie gegen die besagten Erdpotential-Teile abschirmt; da jedoch dieser Bodenteil 16 der Schirmelektrode 12 eine gekrümmte glatte Oberfläche aufweist, die hochpoliert ist, so daß keine großen Schwankungen in der elektrischen Feldverteilung zwischen den beiden Anoden auftreten, findet fast keine Entladung dazwischen statt.

Andererseits kann zwischen den Kontaktteilen 17 und 18 oder den Koniaktteilen 19 und 20 zwischen dem Isolator 11 und den beiden Anoden leicht eine Entladung auftreten.

Daher kann die erste Elektrode so modifiziert sein, daß der Bodenteil 16 nach F i g. 1 praktisch weggelassen und statt dessen ein Vorsprung 12' gemäß Fig.2 vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: insbesondere etwa zu dem das Elektrodensystem umgebenden Röhrenkolben, auftreten. Derartige Überschläge haben zur Folge, daß die erste Anode vorübergehend selbst auf Erdpotential gerät und somit einen weiteren Überschlag zwischen der ersten Anode und der Kathodenspitze verursacht Derartige Überschläge führen zu einer raschen Zerstörung des obersten Teils der Kathodenspitze, so daß an diesem Teil die Elektronen-Feldemission aufhört Die Lebens-

1. Feldemissions-Elektronenkanone mit einer beheizten nadeiförmigen Kathodenspitze, die gegenüber den auf Erdpotential liegenden Teilen der Elektronenkanone auf einem hohen negativen Potential liegt, einer ersten Anode, die ebenfalls gegenüber den auf Erdpotential liegenden Teilen auf

einem hohen negativen Potential liegt, jedoch to dauer der Kathodenspitze ist aus diesem Grund bei

gegenüber der Kathodenspitze so vorgespannt ist, herkömmlichen Feldemissions-Elektronenkanonen

daß zwischen der Kathodenspitze und der ersten kurz und macht ein häufiges Auswechseln der

Anode ein elektrisches Feld zur Elektronenemission Kathodenspitze erforderlich.

besteht, sowie mit einer auf Erdpotential liegenden Andererseits ist es bekanntlich erforderlich, in der

zweiten Anode, die gegenüber der ersten Anode ein 15 Elektronenkanone ein Ultrahochvakuum aufrechtzuer-

Beschleunigungsfeld für Elektronen erzeugt, da- halten. Beim Auswechseln der Kathodenspitze wird

durch gekennzeichnet, daß eine Schirm- dieses Vakuum notwendigerweise aufgehoben. Daher

elektrode (12) die erste Anode (2) an Stellen umgibt, ist nach dem Einsetzen der neuen Kathodenspitze eine

die auf Erdpotential liegenden Teilen der Elektro- erneute Evakuierung erforderlich, die einen aufwendi-

nenkanone gegenüberliegen, und daß die Schirm- 20 gen und zeitraubenden Arbeitsgang darstellt und in

elektrode durch direkte elektrische Verbindung mit erster Linie für die Dauer der Betriebsunterbrechung