Способ одновременного активирования нескольких фотокатодов

Авторы патента:

H01J9/12 - фотокатодов и электродов с вторичной электронной эмиссией

Владельцы патента RU 2361311:

ЗАО "Экран ФЭП" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу одновременного активирования нескольких фотокатодов, которые используются в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), фотоэлектронных умножителях, счетчиках фотонов и других фоточувствительных приборах. Способ одновременного активирования нескольких фотокатодов обеспечивает индивидуальное активирование каждого фотокатода по величине своего фототока, что повышает чувствительность фотокатода на 20÷25%, что является техническим результатом изобретения. Количество одновременно обрабатываемых фотокатодов составляет от 6 до 12 штук. Контроль индивидуальной величины фототока каждого фотокатода осуществляется путем использования индивидуальных электродов сбора фотоэлектронов, на которые, от источника питания, через измеритель или измерители фототока, подано напряжение положительной полярности, а напряжение отрицательной полярности подано на фотокатоды. Экраны обеспечивают пространственное разделение и равномерность подачи цезия на фотокатоды. 1 ил.

Изобретение относится к фотоэлектронным приборам, а более конкретно к технологии одновременного активирования нескольких фотокатодов. Фотокатоды используются в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), фотоэлектронных умножителях, счетчиках фотонов и других фоточувствительных приборах. Наиболее широкое применение фотокатоды находят в ЭОП, которые используются в приборах ночного видения.

Обычно фотокатод изготовляют из профилированного стеклянного диска, входной диаметр которого составляет около 30,5 мм, а выходной диаметр около 20 мм. Переход от большего диаметра к меньшему обычно выполняют в виде цилиндра, имеющего промежуточный диаметр около 24 мм. В некоторых случаях последний переход выполняют в виде конуса с входным диаметром около 24 мм и выходным диаметром около 20 мм (патент США №6,086,944 от 11.07.2000 г.). В центральной части, на диаметре 20 мм, стеклянный диск имеет толщину примерно 5,6 мм, что связано с характеристиками оптики, используемой в приборах ночного видения. Высота входного цилиндра, диаметром 30,5 мм, обычно составляет около 2 мм. Все поверхности фотокатода должны быть обработаны с высокими требованиями к их чистоте и точности изготовления. На диаметр стеклянного диска 20 мм укладывается фотоэмиссионная структура, обычно GaAs или InGaAs, которая сплавляется с диском. Далее производят химическую обработку полученной заготовки и затем наносят проводящие покрытия на периферийную часть фотоэмиссионной структуры и на все периферийные поверхности стеклянного диска со стороны фотоэмиссионной структуры, до диаметра 30,5 мм. Затем производят активирование фотокатодов и герметизацию их с корпусной частью приборов.

Операция активирования фотокатодов является наиболее трудоемкой при изготовлении прибора. До недавнего времени активирование фотокатодов производилось индивидуально для каждого фотокатода, при этом обеспечивалась высокая чувствительность обрабатываемых фотокатодов, но производительность была низкой. В целях увеличения производительности изготовления фотокатодов, проводились работы по обеспечению возможности одновременного активирования нескольких фотокатодов, что увеличивало производительность, пропорционально количеству одновременно активируемых фотокатодов.

Известен способ одновременного активирования нескольких фотокатодов (патент США №6,276,983 от 21.08.2001 г.). В данном способе предлагается установка нескольких фотокатодов, изготовленных по описанному выше способу, на технологическую кассету, помещение кассеты в вакуумную камеру. Соединение проводящего покрытия, расположенного на периферийной части стеклянного диска с электрическим вводом, другой конец которого соединен с измерителем фототока и источником питания. Подача на фотокатоды необходимого освещения. Пространственно равномерная подача на фотокатоды активирующих веществ. Использование вращающейся карусели для улучшения равномерности подачи активирующих веществ. Контроль суммарной величины фототоков всех активируемых фотокатодов. Прекращение подачи активирующих веществ, при достижении желаемой величины фототока. Данный способ активирования фотокатодов практически повторяет известный способ индивидуального активирования фотокатодов, только активирование производится не по индивидуальному фототоку, а по суммарной величине фототоков всех одновременно активируемых фотокатодов.

Данный способ имеет недостаток, который заключается в снижении чувствительности фотокатодов даже при обеспечении пространственно равномерной подачи активирующих веществ, для всех одновременно активируемых фотокатодов. Действительно, фотоэмиссионные структуры имеют разброс по своим характеристикам, поэтому, для получения максимальной чувствительности, требуется индивидуальное активирование каждого фотокатода по величине его индивидуального фототока. Невыполнение этого условия, как показывают статистические данные, полученные на практике, приводит к снижению чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%. Таким образом, недостатком данного способа является снижение чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%.

Известен также, способ одновременного активирования нескольких фотокатодов, изготовленных по описанному выше способу, в котором более подробно изложено его использование (патент США №6,086,944 от 11.07.2000 г., прототип). В соответствии с данным способом фотокатод выполнен в виде стеклянного диска, который имеет плоскую входную поверхность и профилированную выходную поверхность, имеющую меньший диаметр, чем входной диаметр фотокатода. На этот меньший диаметр наплавлена фотоэмиссионная структура. На периферийную часть фотоэмиссионной структуры и на профилированную выходную поверхность стеклянного диска нанесено проводящее покрытие, обычно выполненное способом вакуумного напыления. Это проводящее покрытие, нанесенное на периферийную часть стеклянного диска, служит для подачи напряжения на фотоэмиссионную структуру. Так же это проводящее покрытие на периферийной части стеклянного диска является местом сочленения фотокатода с корпусной частью прибора. В данном способе предлагается установка нескольких фотокатодов на технологическую кассету и помещение кассеты в вакуумную камеру. Соединение проводящего покрытия каждого фотокатода с электрическим вводом, другой конец которого соединен с измерителем фототока и источником питания. Подача на фотокатоды необходимого освещения. Пространственно равномерная подача на фотокатоды активирующих веществ. Контроль суммарной величины фототоков всех активируемых фотокатодов. Прекращение подачи активирующих веществ, при достижении желаемой величины фототока. В качестве активирующих веществ предлагается использовать цезий или барий, в качестве первого активирующего вещества - и кислород или фтор - в качестве второго активирующего вещества. При проведении активирования, первое активирующее вещество подается с постоянной интенсивностью, а второе активирующее вещество подается с постоянно изменяющейся интенсивностью. Данный способ активирования фотокатодов, также практически повторяет известный способ индивидуального активирования фотокатодов, только активирование производится не по фототоку индивидуального фотокатода, а по суммарной величине фототоков всех одновременно активируемых фотокатодов. В данном способе, для получения оптимальных характеристик фотокатодов, необходимо обеспечить пространственно равномерную подачу активирующих веществ, для всех одновременно активируемых фотокатодов.

Недостатком данного способа также является снижение чувствительности фотокатодов. Действительно, фотоэмиссионные структуры имеют разброс по своим характеристикам, поэтому, для получения максимальной чувствительности, требуется индивидуальное активирование каждого фотокатода по величине его индивидуального фототока. Не выполнение этого условия, как показывают статистические данные, полученные на практике, приводит к снижению чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%.

Задачей настоящего изобретения является создание способа одновременного активирования нескольких фотокатодов, обеспечивающего индивидуальное активирование каждого активируемого фотокатода, что повышает чувствительность фотокатода на 20%÷25% по сравнению с известными решениями.

Способ одновременного активирования нескольких фотокатодов, который включает установку фотокатодов на технологическую кассету, выполненную из проводящего материала, помещение технологической кассеты в вакуумную камеру, соединение проводящего покрытия каждого фотокатода с электрическим вводом, подачу светового потока на фотокатоды, подачу пространственно равномерного потока активирующих веществ на фотокатоды, контроль величины фототока, достижение «роста по цезию», обеспечение роста фототока, прекращение подачи активирующих веществ, выполняют следующее: при проведении одновременного активирования нескольких фотокатодов, каждый фотокатод активируется индивидуально по величине своего фототока, при этом, после достижения «роста по цезию», обеспечивается постоянная интенсивность подачи кислорода или фтора и непрерывно меняющаяся интенсивность подачи цезия или бария, а пространственная равномерность активирующих веществ, подаваемых на фотокатоды, осуществляется за счет использования для каждого фотокатода индивидуальных источников цезия или бария и индивидуальных экранов, причем контроль индивидуальной величины фототока каждого фотокатода осуществляется путем использования индивидуальных электродов сбора фотоэлектронов, на которые, от источника питания, через измеритель или измерители фототока, подано напряжение положительной полярности, а напряжение отрицательной полярности подано на фотокатоды.

Предлагаемое решение, на наш взгляд, является новым и не следует явным образом из уровня техники, т.к. влияние совокупности отличительных признаков на технический результат из уровня техники не известно.

На чертеже схематично показан разрез вакуумной камеры, в которой активирование фотокатодов, установленных на технологическую кассету, выполняется в соответствии с настоящим изобретением.

Фотокатоды 1а, 1б, 1к установлены на технологическую кассету 2, которая помещена в вакуумную камеру 3. В вакуумной камере 3 установлен источник кислорода 4. Под каждым фотокатодом 1а, 1б, 1к установлены индивидуальные источники цезия 5а, 5б, 5к, которые имеют индивидуальные источники питания 6а, 6б, 6к и помещены в индивидуальные экраны 7а, 7б, 7к соответственно. Так же под каждым фотокатодом помещены индивидуальные электроды сбора фотоэлектронов 8а, 8б, 8к, которые соединены с входами измерителей фототоков 9а, 96, 9к. Выходы измерителей фототоков соединены с положительным выводом источника питания 10, а отрицательный вывод источника питания 10 соединен с фотокатодами 1а, 1б, 1к. Над фотокатодами 1а, 1б, 1к установлены осветители 11а, 11б, 11к. Фотокатоды 1а, 1б, 1к сплавлены с фотоэмиссионными структурами 12а, 12б, 12к.

Количество одновременно обрабатываемых фотокатодов обычно составляет от 6 до 12 шт. Фотокатоды 1а, 1б, 1к устанавливаются на технологическую кассету 2, и технологическая кассета 2 помещается в вакуумную камеру 3. От источника питания 10 напряжение положительной полярности, через измерители фототоков 9а, 9б, 9к подается на электроды сбора фотоэлектронов 8а, 8б, 8к, а напряжение отрицательной полярности подается на соответствующие фотокатоды. На фотокатоды подается световой поток от осветителей 11а, 11б, 11к. При подаче напряжения от источника питания 10 и освещении фотокатодов, фотокатоды начинают испускать фотоэлектроны, количество которых измеряется измерителями фототоков 9а, 96, 9к. На источники цезия 5а, 56, 5к, от блоков питания 6а, 6б, 6к, подается определенная величина тока и источники цезия производят диффузию цезия, который осаждается на фотокатод. Экраны 7а, 7б, 7к обеспечивают пространственное разделение и равномерность подачи цезия на фотокатоды. При осаждении цезия на фотокатоды происходит увеличение фототока, и когда величина фототока достигает около 3×10^-9 А на конкретном фотокатоде, подачу цезия на данный фотокатод прекращают. При достижении на каждом фотокатоде величины фототока, равной ориентировочно 3×10^-9 А, подачу цезия прекращают. Начинают подачу кислорода с постоянной интенсивностью и подачу цезия с постоянно изменяющейся интенсивностью для каждого фотокатода индивидуально. При каждой последующей подаче цезия происходит увеличение величины фототока, что определяется индивидуальными измерителями фототоков. При достижении максимальной величины фототока для конкретного фотокатода, активирование данного фотокатода прекращают. При достижении максимальной величины фототока, индивидуально для каждого фотокатода, активирование заканчивается, при этом каждый фотокатод имеет максимально возможную чувствительность.

Таким образом, за счет использования индивидуального активирования каждого фотокатода, при их одновременной обработке, обеспечено получение максимальной чувствительности каждого активируемого фотокатода, т.е. поставленная задача полностью выполнена.

Способ одновременного активирования нескольких фотокатодов, который включает установку фотокатодов на технологическую кассету, выполненную из проводящего материала, помещение технологической кассеты в вакуумную камеру, соединение проводящего покрытия каждого фотокатода с электрическим вводом, подачу светового потока на фотокатоды, подачу пространственно-равномерного потока активирующих веществ на фотокатоды, контроль величины фототока, достижение «роста по цезию», обеспечение роста фототока, прекращение подачи активирующих веществ, отличающийся тем, что при проведении одновременного активирования нескольких фотокатодов каждый фотокатод активируется индивидуально по величине своего фототока, при этом после достижения «роста по цезию» обеспечивается постоянная интенсивность подачи кислорода или фтора и непрерывно меняющаяся интенсивность подачи цезия или бария, а пространственная равномерность активирующих веществ, подаваемых на фотокатоды, осуществляется за счет использования для каждого фотокатода индивидуальных источников цезия или бария и индивидуальных экранов, причем контроль индивидуальной величины фототока каждого фотокатода осуществляется путем использования индивидуальных электродов сбора фотоэлектронов, на которые от источника питания через измеритель или измерители фототока подано напряжение положительной полярности, а напряжение отрицательной полярности подано на фотокатоды.

Изобретение относится к фотоэлектронным приборам, а более конкретно к технологии изготовления фотокатода. .

Способ обезгаживания микроканальной пластины // 2304821

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности к области электрической изоляции в вакууме, и может быть использовано в электронной промышленности для повышения качества микроканальных фотоэлектронных приборов.

Металлосплавной катод // 2231855

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции катодных узлов на основе металлического эмиттера. .

Источник щелочного элемента для устройства получения паров щелочного элемента // 2225656

Изобретение относится к получению паров щелочных элементов, в частности к источникам паров калия, рубидия и цезия, которые используются при изготовлении эммитеров в термоэмиссионных и электронно-оптических преобразователях.

Генератор пара щелочных металлов и способ его изготовления // 2056661

Способ изготовления фотоэлектронного прибора // 2033656

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления фотоэлектронных приборов методом раздельной обработки фотокатода и корпусной части.

Испаритель для получения фоточувствительных слоев // 2020635

Изобретение относится к пленочной технологии и может быть использовано в производстве фотоэлектронных электровакуумных приборов (ФЭЦ), в частности для формирования фоточувствительных слоев фотокатодов.

Источник для вакуумного напыления марганца // 2017256

Изобретение относится к пленочной технологии и может быть использовано в производстве фотоэлектронных электровакуумных приборов (ФЭП), в частности для формирования подложки к фоточувствительному слою фотокатодов.

Способ изготовления фотокатода // 1816329

Способ изготовления фотоэлектронного умножителя // 1809696

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам изготовления фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) с фотокатодом на основе щелочных металлов. .

Способ изготовления устройства электронной эмиссии, источника электронов, использующего его, устройства формирования изображения и устройства отображения и воспроизведения информации // 2399983

Способ изготовления многощелочного фотокатода // 2424597

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу изготовления многощелочного фотокатода в индивидуальном стеклянном вакуумном баллоне, так называемом контейнере

Способ изготовления и устройство чувствительного фотокатода // 2502151

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к способам изготовления фотокатодов и устройствам для изготовления фотокатодов для использования их в различных областях промышленности, техники, а также для научных исследований. Технический результат - упрощение способа изготовления фотокатода, обеспечение высокой повторяемостью результатов, повышение квантовой эффективности. При изготовлении фотокатодов осуществляют наращивание тонкого покрытия на поверхности подложки как гомогенного, так и комбинированного посредством импульсного лазерного напыления тонких пленок, обеспечивают взаимодействие лазерного луча с мишенью, поглощение электромагнитной энергии, отвод тепла мишенью, расплавление материала мишени, испарение, многофотонную ионизацию, образование плазмы, свечение плазмы, обратное тормозное излучение, расширение плазменного облака, включающего материал мишени, которое осуществляют при начальной температуре плазмы в облаке в диапазоне 5000-15000 К. Описаны также вариант способа изготовления фотокатода и варианты устройств для их осуществления. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины при изготовлении вакуумного прибора // 2594986

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии изготовления вакуумных фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих микроканальные пластины (МКП), такие как бипланарные и инверсионные электронно-оптические преобразователи (ЭОП), фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и позиционно-чувствительные детекторы, и может быть использовано при производстве этих приборов. Технический результат - повышение производительности и эффективности обезгаживания МКП для улучшения параметров и повышения надежности вакуумного прибора. Способ включает облучение МКП входным электронным потоком при заданных напряжении и выходном токе. Обезгаживание осуществляют электронным потоком в пять этапов: первый этап проводят при входном токе 4·10-9-8·10-9 Α и выходном токе 0,05-,01 от тока проводимости МКП, второй этап обезгаживания осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В при том же входном токе, на третьем этапе ступенчато снижают напряжение на МКП через каждые 50-100 В от 1000-1050 В до 650 - 600 В при постоянно поддерживаемом выходном токе 2,7-3,2 мкА, на четвертом этапе обезгаживание проводят при том же выходном токе и входном токе, соответствующем входному току предельного режима эксплуатации вакуумного прибора, на пятом этапе обезгаживание осуществляют при напряжении на МКП 1000-1050 В и выходном токе 10-12 мкА. 2 ил., 2 табл.

Способ изготовления фотоэлектронного прибора // 2624910

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к технологии изготовления фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих одну или несколько микроканальных пластин (МКП). Технический результат - увеличение срока службы ФЭП без ионно-барьерной пленки. Способ изготовления фотоэлектронного прибора включает изготовление корпуса прибора, катодного узла, коллектора электронов, монтаж внутренних деталей и узлов, сварку узлов прибора, загрузку всех узлов в высоковакуумную установку финишной сборки, откачку всей системы, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме, электронное обезгаживание МКП и коллектора электронов в вакууме, изготовление фотокатода на катодном узле, герметизацию прибора, выгрузку ФЭП из установки финишной сборки. После загрузки в высоковакуумную установку финишной сборки катодного узла, корпуса с микроканальными пластинами и коллектора электронов, корпус с МКП и коллектор электронов разносят друг от друга и осуществляют откачку всей системы до давления не более 10-8 Па, термическое обезгаживание всех узлов в вакууме в течение не менее 4 ч при температуре от 300 до 400°С, раздельно выполняют одностороннее электронное обезгаживание в течение не менее 2 ч при температуре от 0 до 400°С коллектора электронов направленным на него потоком электронов и двустороннее электронное обезгаживание МКП при той же температуре, для чего в течение не менее 2 ч попеременно включают и выключают источники возбуждения вторичных электронов в МКП, расположенные перед входом и выходом МКП, и тем самым электронный поток направляют от входа к выходу МКП и, наоборот, от выхода к входу МКП, синхронно меняя полярность напряжения питания между входом и выходом МКП и постепенно увеличивая напряжение на МКП и выходной ток МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП, после чего формируют фотокатод на катодном узле и далее корпус с МКП устанавливают на коллектор электронов, а катодный узел - на корпус, и выполняют герметизацию прибора. 2 ил.

Способ электронного обезгаживания микроканальной пластины // 2624916

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии обезгаживания микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано для повышения качества электронно-оптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей и детекторов на основе МКП. Технический результат - снижение газосодержания и газовыделения в МКП, в том числе в начальной по длине части каналов, до уровня требований фотоэлектронных приборов нового поколения с долговечностью 15000 ч и более, а также уменьшение времени обезгаживания МКП. В способе электронного обезгаживания микроканальной пластины на МКП подают импульсное или постоянное напряжение и в течение заданного времени электронный поток направляют от входа к выходу МКП, после чего меняют полярность напряжения питания между входом и выходом МКП и электронный поток направляют от выхода к входу МКП, по истечении заданного времени операции повторяются до полного обезгаживания МКП с одновременным повышением напряжения на МКП и выходного тока МКП до значений, не ухудшающих параметры МКП. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления серебряно-кислородно-цезиевого фотокатода // 2640402

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к изготовлению полупрозрачных серебряно-кислородно-цезиевых фотокатодов в случаях, где конструктивно нежелательно проведение высокочастотного разряда для окисления основного слоя серебра, а также в целях предотвращения окисления деталей внутренней арматуры. Способ изготовления фотокатода включает прогрев и обезгаживание подложки, охлаждение подложки фотокатода до нормальных климатических условий (НКУ), напыление основного слоя серебра, повторное напыление слоя серебра на подложку катода с фоточувствительным слоем, прогрев серебра с фоточувствительным слоем и сенсибилизацию кислородом, основной слой серебра обрабатывают цезием при рабочей температуре от 120°C до 160°C, производят охлаждение полученного слоя до НКУ и активируют его многократной поочередной подачей цезия и кислорода, затем при НКУ производят повторное напыление серебра на ранее сформированный фоточувствительный слой до падения фототока на 60-90 %, производят прогрев от 120°C до 160°C напыленного слоя серебра и активируют этот слой многократно и поочередно цезием и кислородом. Изобретение позволяет повысить спектральную чувствительность серебряно-кислородно-цезиевого фотокатода в инфракрасной области спектра. 2 ил.

Эмиттер с отрицательным электронным сродством // 2646527

Использование: для применения в фотоэлектронных преобразователей в инфракрасном диапазоне спектра. Сущность изобретения заключается в том, что эмиттер с отрицательным электронным сродством для фотоэлектронного преобразователя инфракрасного диапазона, содержащий прозрачное окно, полупрозрачную полупроводниковую пленку из соединения A3B5, легированную р-типа, нанесенную на поверхность окна, слой атомов цезия и кислорода, нанесенный на поверхность полупроводниковой пленки, дополнительно содержит широкозонную полупроводниковую пленку, легированную n-типа, нанесенную на полупроводниковую пленку A3B5 в форме замкнутой полосы по периметру эмиттера шириной более 1 мкм и толщиной более 0.2 мкм. Технический результат: обеспечение возможности увеличения времени жизни в процессе изготовления прибора и в процессе эксплуатации прибора путем ограничения ухода цезия с поверхности. 2 ил.