194646. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektronemissziós izzókatód előállítására
1 194 646 2 A találmány olyan izzókatód előállítására alkalmas eljárásra vonatkozik, amelynek az alsóbb rétegekre felvitt polikristályos, magas olvadáspontú fémből álló bevonata van. A magas olvadáspontú fém, például a W, Mo, Ta, Nb, Re, Hf, Ir, Os, Pt, Rh, Ru, Th, Ti, V, Yb, Zr. Ilyen eljárást ismertet a 14 39 890. számú német szövetségi köztársaságbeli nyilvánosságrahozatali irat. Az egyrétegű izzókatódok legfontosabb típusainak áttekintése és azok működésének leírása a Vacuum 19. (1966.) 353-359. oldalain található. Az uUra-nagyfrekvenciás (UHF) elektroncsövek nagyteljesítményű katódjainak egyes problémáit a 24 15 384. számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi irat fejtegeti, különösen az eddig használt háiókatódokra vonatkozólag. Az utóbbi referenciából az a következtetés vonható le (jóllehet azt a megadott helyen kifejezetten nem állítják), hogy az UHF elektroncsövek számára a hengeres, ekvipotenciális katódok az ideálisak, ha a már kiválasztott emittáló rendszer kielégíti a nagyfrekvenciás csövekben történő alkalmazás többi határfeltételét is. Az eddig használt tóriumos hálókatódok emiszsziójával és káros (parazita) impedanciájával kapcsolatos problémákat a 27 32 960. számú német szövetségi közlársaságbeli nyilvánosságrahozatali iratban és a 28 38 020. számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi iratban foglaltak szerint koaxiális elektród elrendezésű elektroncsövekhez használható, közvetlen fűtésű, ekvipotenciális katódokkal kerülik el. Ezek a katódok egy belül üres pirolitikus grafithengerből és egy vékony rétegből - mint emissziósrétegből - állnak. A vékony rétegnek volfrám-karbidból és tóriumból, illetve tórium-oxidból kell állnia. Az előállításhoz alkalmas egyik eljárás szerint pirolitikus grafitból álló, belül üres hengerre gázfázisból volfrámot és tóriumot választanak le. A gőzfázisból, kémiai úton reaktív rápárologtatással vagy lecsapással (Chemical Vapour Deposition; CVD-eljárás) készített rétegeket a továbbiakban „CVD-rétegeknek” is nevezzük. Azt tapasztaltuk azonban, hogy az elektronemittáló réteggel bevont pirolitikus grafit hordozóból álló izzókatódoknál háromféle probléma jelentkezik, és ezért ezek kereskedelmi célokra nem nagyon alkalmasak. A fő problémát a hordozó és az emittáló rétegek eltérő hötágulási együtthatója okozza. Például a pirolitikus grafit lineáris hőtágulási együtthatója az í7-vál jelölt rétegirányban 10“6K_1. Ellenben az ezzel derékszöget bezáró c irányban ez az érték 20-30 ■ 1CT6K-1, míg a volfrámnál 4,5 • ÍO^K“1 és a tóriumnál 12 • 10-6K~'. Ez oda vezet, hogy a nagy hőmérsékletkülönbségek hatására, amelyeknek a katódok üzem közben ki vannak téve, a katód emittáló része részlegesen leválik a hordozóról. A hordozó és az emittáló katódrész közé nem alkalmazhatunk olyan összekötő réteget, amelynek a hőtágulási együtthatója például a szubsztrátum és az emittáló katódrész együtthatója közötti középí érték, mivei az a szokásos 2000 K üzemi hőmérsékleten nem köt. A második hátrányos körülmény az, hogy a szén bediffundál a katód kristályos szerkezetű emittáló 5 részébe, ami ellen 2000 K hőmérsékleten nincsenek hatásos diffúziógátlók. Pirolitikus grafit hordozóból és tóriumos volfrám emittáló részből álló katódban volfrám-karbid (W2Cés WC) képződik, amely az eltérő hőtágulási együtthatója révén 10 ugyancsak rétegleválást okoz. A harmadik körülmény az, hogy tórium-karbid (ThC) képződik, amely például a volfrámkristályok szemcsehatárai mentén rakódik le, és eltörni a tóriumnak az emittáló felület felé vezető diffúziós 15 útjait. Ennek következtében a tórium nem tud a felület felé akadálytalanul diffundálni, ami az emittálóképes felület egyatomos tóriumrétegének folyamatos utánpótlásához szükséges, és így az emisszi_0 ós áramsűrűség jelentősen csökkén. A katód élet-u tartama ezért rövid lesz. A lecsapott CVD-rétegek gyönge mechanikus stabilitása és oszlopos szerkezete viszont rendszerint szintén lehetetlenné teszi pirolitikus grafithor- 25 dozó nélküli, önhordó katódok előállítását. A tetszőleges görbületü katódfelületeket, amelyeket igyekeztek például hengeres ekvipotenciális katód alakjában kialakítani, általában csak polikristályos anyagból lehet előállítani. Ismeretes, hogy 30 az egy fázisból álló, valamint az egyatomos katódoknál az elektron kilépési munka minden esetben függ a felületen elhelyezkedő kristálylap orientációjától. Különféle orientációjú felületek jelentősen eltérő elektronemissziót eredményeznek. 35 Az eddigi szokásos példa a porkohászati eljárás, olyan katódokat eredményez, amelyeknek felülete rendszerint polikristályos és a kristályszemcsék statisztikusan orientáltak. Ennek következtében csak néhány, a kedvezően és megegyezően orientált 40 krisztallit, illetve egyatomos bevonatú krisztallit emittál igen jelentős mértékben, míg a kristályszemcsék túlnyomó többsége alig vesz részt az emisszióban. Az olyan krisztallitok számának növekedése, 45 amelyeknél például az egyatomos bevonatban a kilépési munka a legalacsonyabb, a katód emissziós áramsűrűségének tetemes növekedéséhez vezet. Az ilyen katódoknak előnyösen orientált polikristályos felületük van, amelynek gyártási eljárása 50 ismert a már említett 14 39 890. számú német szövetségi köztársaságbeli nyilvánosságrahozatali iratból, i^z „előnyösen orientált” kifejezés azt jelenti, hogy közel minden krisztallitfelület résztvesz az emisszióban, és hogy a felület olyan kristálylapok- 5 ból áll, amelyhez tartozó normális és a makroszkopikus katódfelület ugyanazon pontjához tartozó normális közötti szög egy meghatározott értéken belül van. Az említett nyilvánosságrahozatali irat 60 szerint az ilyen előnyösen orientált polikristályos felület néhány lehetséges előállítási módjának egyike a reaktív rápárologtatás gázfázisból, amelynél ügyelni kell a rápárologtatás, illetve a lecsapás bizonyos paramétereire, különösképpen'a szubsztrá- 65 tűm hőmérsékletére és a gázkeverék áramlási sebes-2
