194646. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektronemissziós izzókatód előállítására
1 194 646 2 ségére. Az alkalmazott szubsztrátum általában egy szokványos katód, amelyre CVD eljárással még egy polikristályos réteget párologtatnak rá, illetve csapnak le. Ez a réteg lehet valamely tiszta, magas olvadáspontú fém, úgymint W, Mo, Ta, Nb, Re, 5 Hf, Ir, Os, Pt, Eh, Ru, Th, Ti, V, Yb, Zr, vagy szén és pontosan az előnyös orientációjúnak kell lennie, vagy pedig valamely nagy emisszióképességű anyag, előnyösen a ritka földfémek egy oxidja, illetve ZrC, ThC, UC2, UN, Laß« vagy NdBg. 10 A megvalósítható típusok között különösen előnyös az olyan, amelyen ^110 (kristálylap) orientációjú volfrám van a felületen. Az egyatomos emittáló réteg kialakítására még Th-t, Ba-t vagy Cs-t is alkalmaznak, amelyek vagy a katód belsejéből dif- 15 fundálnak a felületre vagy gőzfázisból abszorbeálódnak rá, és a kérdéses tiszta anyagokból álló egyatomos rétegekhez, illetve a nem-orientált volfrámhoz képest alacsonyabb kilépési munkájú katódot eredményeznek. 20 Az ilyen módon készített katódoknak azonban ugyancsak van egy sor előnytelen tulajdonsága. Egy fontos hátrány például, hogy először el kell készíteni a szokásos porkohászati eljárásokkal a hagyományos katódokat, majd azokat előnyösen 2 orientált CVD-réteggel kell bevonni, miközben a felületkezelési lépések egész sorát keíí járulékosan elvégezni ahhoz, hogy az előnyös orientációt megkapják. Az ilyen katódok gyártása ezért drága. 30 A katódok tervezését erősen korlátok közé szorítja továbbá az, hogy a hordozókat porkohászati úton gyártják. Jóllehet a 14 39 890. számú német szövetségi köztársaságbeli nyilvánosságrahozatali irat szerint eljárva a tóriumos huzalok bevonhatók 35 <(l 11)> orientációjú volfrámmal, amelyekből azután hálókatód készíthető, de ez az eljárás nem teszi lehetővé hengeres ekvipotenciális katód készítését, mivel ha a megfelelő alakú szubsztrátum katódot közvetlenül és hatásosan akarjuk fűteni a csőben, 40 akkor azok nem készíthetők el porkohászati eljárással. Egy további nehézséget jelent az, hogy a normális üzemi hőmérsékleten (tóriumos volfrám katódoknál 2000 K) és a hosszabb üzemidő után bekövetkező rekrisztallizáció, illetve kristálynöve- 45 kedés az előnyös orientációt megszünteti, ami az emisszió leromlását eredményezi. Sajnálatos módon ez sokkal rövidebb idő alatt bekövetkezik, mint az UHF elektroncsövek katódjai élettartamára előírt 10,000 - óra (lásd: I. Weissman, „Rese- 50 arch on Thermionic Electron Emitting Systems” Varian Ass. Final Report (1966.), Navy Department Bureau of Ships (SA)). Az előnyös orientáció az esetek nagy hányadánál már a katód aktiválási fázisában tönkremegy. Ha a ritkaföldfém-oxid 55 vagy ZrC, ThC, UC2 illetve UN réteget CVD módszerrel állítjuk elő, akkor további hátrányt jelent, hogy az egyatomos rétegű katódok specifikus előnyei, különösképpen a nagyobb emisszió, kihasz- Rn nálatlanul maradnak. Ehelyett az oxidkatódok jóval kisebb egyenáram-emisszióját kapjuk, továbbá a félvezető oxidkatódok szokásos problémái jelentkeznek, úgymint a töltéshordozóhiány és az alacsonyabb terhelhetőség. Boridok lecsapása esetén is- 65 mét problémát okoz, hogy az érintkezési réteg (határ régió) a fém hordozón rendszerint elporlad. Az említett nyilvánosságrahozatali iratban közölt eljárások nem tesznek javaslatot az UHF elektroncsövekhez alkalmasabb katódok előállítására. A 10 29 943. és a 10 37 599. számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi iratokból ismeretesek olyan porózus szintertestű kéSzletkatódok, amelyek réteges szerkezetűek olyanképpen, hogy egy magas olvadáspontú fém, mint például volfrám vagy molibdén rétegei és az emissziót serkentő anyagot, úgymint tóriumot vagy tórium-vegyületeket vagy bárium-aluminátot tartalmazó rétegek váltják egymást. Az emittáló felület alatti volfrám vagy molibdén bevonóréteget kissé vastagabban készítik, és a rétegezett rendszer hordozója volfrám, molibdén vagy szén. A szóban forgó katódok működésére nézve fontos, hogy azok porózusak legyenek, és hogy az emittáló anyag könnyen el tudja érni a felületet. A rétegek elkészítésének egyedüli célja az emittáló anyag egyenletes eloszlásának biztosítása a készletező térségben. A rétegeknek a durvaszemcsézetű szerkezet folytán szorosan egymáshoz kall kötődniük. Az ilyen katódok előállítására a porrétegeket a hordozóra szinterelik, a réteget (fizikai úton) gőzlecsapással viszik a hordozókra. Ezek a katódok azonban különféle szembetűnő ! fogyatékosságot mutatnak. Mindenekelőtt a porozitás az emittáló anyag túl erős párolgásához és így rossz vákuum viszonyokhoz vezet, ami ezeknek az UHF elektroncsövekben való használatát kétségessé teszi. Másodszor, a gyártás miatt szükséges teljes anyagvastagság túl nagy fűtőteljesítményt kíván. Harmadszor, bár a fizikai gőzlecsapás mint alternatív eljárás csak nagyon vékony rétegeket eredményez, a katódgyártás maga azonban a porkohászati eljárások segítségével történik, ami együtt jár a porkohászati katódgyártás minden hátrányával. Ezek az említett hátrányok különösen a rétegenkénti gyártásból és préselés-szinterelésből eredő geometriai korlátozottságból fakadnak. Ráadásul a porózus struktúrának csekély a mechanikai szilárdsága s ezért nem lehet arra gondolni, hogy a rétegeket préseljék egy-egy különlegesebb alak esetén, továbbá a szinterelési hőmérsékletet is olyan alacsonyan kell tartani, hogy az emittáló anyag ne párologjon erősen. A gyártás sok műveletből áll. Végül, a réteges struktúrának az egyedüli feladata az, hogy biztosítsa az emittáló anyag egyenletes eloszlását a készletező övezetben, ami más, kevésbé költséges eljárásokkal, úgymint impregnálással vagy porkeveréssel is elérhető. Azonkívül a réteges struktúra nem marad fenn a katód élete során. Ezek a katódok mindenekelőtt fémkapilláris (MK) katódok és nem tömör, készletező katódok, amelyeket a találmány szerinti eljárással kívánunk előállítani. Ezzel ellentétben a jelen találmánynak az a célja, hogy UHF- és mikrohullámú elektroncsövekhez használható olyan ekvipotenciális izzókatódot biztosítson, amelynek szabadon választható az alakja, nagy a felülete, nagy az emissziós áramsűrűsége és 3
