DE2410050A1

DE2410050A1 - Elektronenstrahlerzeuger mit linearer katode

Info

Publication number: DE2410050A1
Application number: DE2410050A
Authority: DE
Inventors: Karl Georg Redel
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1974-03-02
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1975-09-11
Also published as: IT1028157B; FR2262860A1; JPS50122161A; CH576704A5; US3976908A; GB1454973A

Description

DIPL.-ING. HANS ZAPFE PATENTANWALT

D - 605 OFFENBACH (MAIN) KAISERSTRASSE 9 BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

TELEFON (06 11) 88 27

28. Januar 1974 Zap/Han

Akte: 745o3

LEYBOLD-HERAEUS-GmbH & Co. KG.
5ooo KÖLN 51
Bonner Straße 5o4

Elektronenstrahlerzeuger mit linearer Katode "

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahlerzeuger mit linearer Katode, welche in Klemmkörpern an mindestens einem Ende längsbeweglich befestigt ist, mit einer der Katode zugeordneten, auf gleichem Potential liegenden, strahlformenden Elektrode und mit Anschlüssen für die Zuführung von Strahl- und Heizspannung zur Katode.

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Linearkatoden mit beweglicher Einspannung zum Ausgleich von Längenausdehnungen gehören zum Stande der Technik (US-PS 3 286 117). Bei dem bekannten Elektronenstrahlerzeuger sind jedoch Katodeneinspannung, strahlformende Elektrode (Wehnelt-Elektrode) und elektrische Anschlußkontakte hinsichtlich Konstruktion und Funktion voneinander getrennt. Dies macht einen besonderen Aufwand bei der Befestigung der Teile erforderlich und bringt Isolationsprobleme insbesondere bei einer unvermeidbaren Verschmutzung mit sich. Man muß sich hierbei vor Augen halten, daß sich sowohl die Katode als auch die strahlformende Elektrode auf hohem negativem Potential bis zu einigen lo.ooo Volt befinden, daß eine etwaige Beschleunigungsanode der vollen Potentialdifferenz ausgesetz.t ist, und daß die beiden Enden der Katode zusätzlich mit einer Heizspannung beaufschlagt werden müssen, deren Differenz nur wenige Volt beträgt. Die bekannte Lösung läßt daher keine extrem kompakte Bauweise zu. Die Stromzuführung muß an den Katodenenden fest angeklemmt sein, was nur möglich ist, weil die Katode bifilär, d.h. als Haarnadel ausgebildet ist. Eine solche Katodenform scheidet jedoch für die Erzeugung scharf gebündelter Elektronenstrahlen aus. Außerdem ist ein unvermeidbarer Katodenwechsel mit mehreren Arbeitsgängen und Justierarbeiten verbunden.

Für sogenannte Kleinkanonen wie sie insbesondere in Elektronenstrahlverdampfern Verwendung finden, hat es sich daher eingebürgert Katoden zu verwenden, die aus einem mehr oder weniger kompliziert gebogenen Draht bestehen. Hierbei müssen jedoch enge Toleranzen eingehalten werden, da etwaige Lage-abweichungen des emittierenden Teils der Katode in der strahlformenden Elektrode zu

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einer Verlagerung der Elektronenbahnen und damit des Strahlauftreffpunktes führen. Kostspielige Herstellverfahren und Justierarbeiten sind die Folge, wobei zusätzlich noch der Widerstand des Katodenmaterials gegen eine Verformung hinzukommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenstrahlerzeuger der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der eine äußerst kompakte Bauweise besitzt, einfach herzustellen ist und die Verwendung von gestreckten Drahtabschnitten als Katodenmaterial ohne nachträgliche Justierarbeiten gestattet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Elektronenstrahlerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Klemmkörper für die Katode als Anschlußkontakte für die Katodenenden ausgebildet und außerhalb der Kontaktstellen im Emissionsbereich der Katode in der Weise mit Ausnehmungen versehen sind, daß eine strahlformende Elektrode mit einer Austrittsöffnung für den Elektronenstrahl gebildet wird.

Bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre werden die Funktionen Katodeneinspannung, strahlformende Elektrode und Kontaktstellen mit einander vereint, so daß sich eine äußerst einfache Konstruktion ergibt, die eine einfache Herstellung und Montage zuläßt. Es können im Grunde sämtlich quaderförmige Teile verwendet werden, die nur mit geringfügigen Einfräsungen versehen sind. Als Katodenmaterial kann ein völlig gestreckter Drahtabschnitt beispielsweise aus Wolfram verwendet werden. Diese Formgebung macht eine nachträgliche Justage vollkommen überflüssig. Der Elektronenstrahler weist einen kompakten, raumsparenden Aufbau auf, der ihn insbesondere für die Vereinigung mit

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Verdampfertiegeln zu sogenannten Elektronenstrahl-Kleinverdampfern bevorzugt geeignet macht.

Die Form der Ausnehmungen für die strahlformende Elektrode ergibt sich für den Durchschnittsfachmann aus ihm geläufigen Überlegungen: Die strahlformende Elektrode muß in etwa die Katode auf drei Seiten ihres Umfangs umgeben, während die vierte Seite in Form einer Strahlaustrittsöffnung freibleibt. Etwa notwendig werdende Abweichungen von dieser Form lassen sich durch Versuche leicht bestimmen.'

Die Erfindung läßt sich in besonders einfacher Weise verwirklichen, wenn die Klemmkörper aus je zwei quaderförmigen, gegeneinander verspannbaren Blöcken bestehen und zu einem geschlossenen, nur von einer Isolationsfuge unterbrochenen Körper vereinigt sind, wobei mindestens einer der Blöcke an der Einspannstelle der Katode mit einer rillenförmigen Ausnehmung für die Aufnahme des Katodenendes versehen ist und wobei die Blöcke an vier einander gegenüberliegenden Ecken in der Weise ausgespart sind, daß sich die Aussparungen zu einer Wehnelt-Elektrode ergänzen.

Zweckmäßig werden die einzelnen Fugen so gelegt, daß die Trennfugen zwischen den Blöcken horizontal verlaufen und daß die Isolationsfuge zwischen den Klemmkörpern senkrecht zur Katode in der Mitte ihres Emissionsbereiches in der Weise verläuft, daß die einzelnen Blöcke Quadranten bilden. Der Elektronenstrahlerzeuger bildet dabei aufgrund seiner äußeren Oberfläche einen Quader, der durch die genannten Fugen in vier Einzelquader unterteilt ist.

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In den rillenförmigen Ausnehmungen in der Trennfuge der gegeneinander verspannbaren Blöcke kann sich das Katodenende unter dem Einfluß der Wärmedehnung ungehindert ausdehnen. Form und Tiefe der rillenförmigen Ausnehmung wird in der Weise dem Katodenquerschnitt angepaßt, daß eine ausreichende Kontaktfläche und Anpreßkraft für die Übertragung des Heizstromes gewährleistet ist, ohne daß die Längenausdehnung in einer Weise behindert wird, daß die Katode seitlich ausknickt. Um zu verhindern, daß etwaige Grate an den Katodenenden, die durch das Abschneiden mit einem Werkzeug entstehen könnten, die Längenausdehnung in der rillenförmigen Ausnehmung verhindern, wird weiterhin vorgeschlagen, daß die rillenförmigen Ausnehmungen im Bereich der Katodenenden im Querschnitt erweitert sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung sei nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung

eines vollständigen Elektrorienstrahlerzeugers mit Ausnahme der Beschleunigungsanode,

Figur 2 einen Schnitt durch den Gegenstand

gemäß Figur 1 längs der Linie II-II,

Figur 3 einen Schnitt durch den Gegenstand

gemäß Figur 1 entlang der Linie III-:

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Figur 4 einen Schnitt durch den Gegenstand ge

mäß Figur 1 entlang der Linie IV - IV und

Figur 5 einen Schnitt durch die Trennfuge ent

lang der Linie V - V in Figur

In Figur 1 ist rait Io eine lineare, aus einem runden Wolframdraht bestehende Katode bezeichnet, von der nur der Emissionsbereich zu sehen ist. Die beiderseitigen Enden der Katode werden in KlemmkSrpern 11 bzw. 12 gehalten, die ihrerseits aus je zwei quaderförmigen, gegeneinander verspannbaren Blöcken 13 bzw. 14 und 15 bzw. 16 bestehen. Die Verspannung erfolgt mit Hilfe von Spannschrauben 17 bzw. Die Trennfugen 19 bzw. 2o zwischen den oberen und unteren Blöcken 13/14 bzw. 15/16 verlaufen horizontal etwa in der Längsachse der Katode lo.

Die Klemmkörper 11 und 12 sind durch eine senkrechte und senkrecht zur Achse der Katode Io verlaufende Isolationsfuge 21 getrennt, die von einem Luftspalt von ca. o,5 1 mm Weite gebildet wird. Die aus Metall bestehenden Klemmkörper 11 und 12 stützen sich dabei gegenseitig über in der Figur nicht dargestellte Isolierstege ab, die auch als Zentrierstifte dienen und Relativbewegungen der Klemmkörper gegeneinander unterbinden.

Die Klemmkörper 11 und 12 sind über je einen Stützisolator 22 und 23 auf einer Grundplatte 24 befestigt. In den unteren Blöcken 14 und 16 befindet sich je eine Einstecköffnung 25 bzw. 26, in die eine Klemmschraube 27 bzw. 28 hineinragt. Diese dienen zur Befestigung der in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlußleitungen für die erforderliche Hochspannung und den Heizstrom.

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Aus der Darstellung gemäß Figur 1 ist ersichtlich, daß der Körper des Elektronenstrahlerzeugers durch die Trennfugen 19/2o und die Isolationsfuge 21 in vier Quadranten unterteilt ist. Die einzelnen Blöcke sind an vier einander gegenüberliegenden Ecken 29, 3o, 31 und 32 in der Weise ausgespart, daß sich die Aussparungen zu einer Wehnelt-Elektrode ergänzen, die zur Vorderseite hin eine Austrittsöffnung 33 für den gebildeten Elektronen-

strahl besitzt.

Aus Figur 2 ist der Querschnitt der strahlformenden oder Wehnelt-Elektrode zu entnehmen. Die Wehnelt-Elektrode wird dabei von den Innenflächen 34 und 35 der sich in alle ..Blöcke 13 bis 16 erstreckenden Aussparungen gebildet, die sich im wesentlichen zu einer quaderförmigen Ausnehmung 36 ergänzen, deren vordere Begrenzungsebene die Austrittsöffnung 33 für den Elektronenstrahl ist (Fig. 1). Die Achse der Katode Io liegt etwa in der Symmetrieachse der quaderförmigen Ausnehmung 36.

Aus Figur 3 geht hervor, daß sich die quaderförmige Ausnehmung 36 in Richtung der Enden der Katode Io noch in Form von seitlichen Taschen 37 und 38 fortsetzt, ohne daß jedoch die Austrittsöffnung 33 bis zum Ende der Taschen verlängert ist. Dieser Teil dient dazu, den Temperaturabfall in der Katode durch die relativ kältere Einspannung aus dem Bereich der Wehnelt-Elektrode heraus zu verlagern.

Figur 4 offenbart die eigentliche Einspannstelle der Enden der Katode Io in der Trennfuge 19. Zum Zwecke einer genauen Einspannung und Führung der Katode bei der Längsausdehnung befindet sich in dem unteren Block 16 des Klemmkörpers 12 eine rinnenförmige Ausnehmung 39, deren Abmessungen in der oben angegebenen Weise auf den Querschnitt der Katode Io abgestimmt sind.

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In Figur 5 wurden die bisherigen Bezugszeichen beibehalten. Zu erkennen ist der völlig gestreckte Verlauf der Katode Io sowie die relativ langen, in der Ausnehmung 39 gemäß Figur 4 geführten Enden loa der Katode. Der Querschnitt der rinnenförmigen Ausnehmungen 39 ist im Bereich der Katodenenden im Querschnitt erweitert, und zwar durch je eine Bohrung 4o bzw. 41, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Der Katodendraht hat eine solche Länge, daß er mit beiden Enden je etwa ein bis zwei Millimeter über den Querschnitt der Bohrungen 4o bzw. 41 ragt. Nach dem Einlegen in die rinnenförmigen Ausnehmungen 39 gemäß Figur 4' werden die Blöcke 13 bzw. 15 aufgesetzt und mittels der Spannschrauben 17 und 18 soweit angezogen, daß eine Behinderung der Katodenausdehnung nicht erfolgt. Gegebenenfalls können die Spannschrauben nach dem Festziehen um einen 'definierten Winkel wieder gelöst werden. Es ist auch möglich, die Spannschrauben durch Zentrierstifte mit Spiel zu ersetzen, so daß die Kontaktgabe lediglich durch das Eigengewicht der Blöcke 13 bzw. 15 erfolgt. Die Bohrungen 4o bzw. 41 können etwaige gratartige Verformungen an den Enden der Katode Io aufnehmen, so daß diese die Längenausdehnung der Katode nicht behindern können. In Figur 5 ist zusätzlich eine Beschleunigungsanode 42 dargestellt, die auf Erdpotential liegt und parallel zur Strahlaustrittsseite der Klemmkörper 11 bzw. 12 ausgerichtet ist. Die Beschleunigungsanode wird in Nuten 43 und 44 von Seitenwangen 45 und 46 gehalten, die auf einer Grundplatte 24 befestigt sind. Die Beschleunigungsanode besitzt ebenfalls eine Strahlaustrittsöffnung 47 die mit der Strahlaustrittsöffnung 33 im wesentlichen deckungsgleich ist.

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Claims

Anspruch e

fl.JElektronenstrahlerzeuger mit linearer Katode, welche in Klemmkörpern an mindestens einem Ende längsbeweglich befestigt ist, mit einer der Katode zugeordneten, auf gleichem Potential liegenden, strahlformenden Elektrode und mit Anschlüssen für die Zuführung von Strahl- und Heizspannung zur Katode, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (11,12) als Anschlußkontakte für die Katodenenden (loa) ausgebildet und außerhalb der Kontaktstellen im Emissionsbereich der Katode (lo) in der Weise mit Aussparungen versehen sind, daß eine strahlformende Elektrode mit einer

Austrittsöffnung (33) für den Elektronenstrahl gebildet wird.
2. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (11,12) aus je zwei quaderförmigen gegeneinander verspannbaren Blöcken (13/14 bzw. 15/16) bestehen und zu einem geschlossenen, nur von einer Isolationsfuge (21) unterbrochenen Körper vereinigt sind, wobei mindestens einer der Blöcke an der Einspannstelle der Katode (lo) mit einer rillenförmigen Ausnehmung (39) für die Aufnahme des Katodenendes (loa) versehen ist und die Blöcke an vier einander gegenüberliegenden Ecken (29, 3o, 31, 32) in der Weise ausgespart sind, daß sich die Aussparungen zu einer Wehnelt-Elektrode ergänzen.
3. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _r daß die Trennfugen (19, 2o) zwischen den Blöcken (13/14 bzw. 15/16) horizontal verlaufen und daß die Isolationsfuge (21) zwischen den Klemmkörpern senkrecht zur Katode (lo) in der Mitte ihres Emissions-

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bereichs in der Weise verläuft, daß die einzelnen Blöcke Quadranten bilden.
4. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rillenförmigen Ausnehmungen (39) im Bereich der Katodenenden (loa) im Querschnitt erweitert sind.

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