KR900004762B1

KR900004762B1 - 함침형 음극

Info

Publication number: KR900004762B1
Application number: KR1019860000729A
Authority: KR
Inventors: 시게히꼬 야마모또; 사다노리 다구찌; 도시유끼 아이다; 이사또 와다나베; 스스무 가와세
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사구쇼; 미따 가쓰시게
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1990-07-05
Also published as: US4737679A; GB2170950A; SG4789G; GB2170950B; GB8602448D0; KR860006822A; JPS61183838A

Abstract

내용 없음.

Description

함침형 음극

제1도는 본 발명에 의한 함침형 음극의 일실시예를 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 의한 음극과 종래의 저온동작함침형 음극의 전자 방출특성을 비교한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펠릿 2 : 다공질텅스텐기본체

3 : 공기구멍 4 : Ta컵

5 : Ta슬리이브 6 : 심선

본 발명은 함침형 음극 및 이것을 이용한 전자관, 특히 수상관, 촬상관에 관한 거승로, 구체적으로는 음극표면상에 저온동작에 필요한 로우워어크 함수단분자층(low work function 單分子層)을 가지는 음극 및 그것을 이용한 전자관에 관한 것이다.

종래의 저온동작 함침형 음극은 일본국 특허공개공부 83-154131호에 기재되어 있는 바와같이 W와 Sc₂O₃로 이루어진 다공질 기본체에 전자방출재료를 함침한 구성으로 되어 있으며, 음극표면에 Ba, Sc 및 O로 이루어진 단분자층이 존재하고, 로우워어크 함수 표면을 형성시키고 있는 것이 특징이다. 그러나, 이 단분자층은 열 혹은 이온충격에 대하여 불안정하고, 또 분포가 균일하지 않기 때문에, 수명이 짧을 뿐만 아니라 전계가 낮을 때에 전자방출특성이 열하(劣下)하는 결점이 있었다.

본 발명의 목적은 로우워어크함수의 단분자층을 장시간 안정적으로 유지하고 음극표면의 워어크함수가 균일한 함침형 음극 및 이것을 전자관을 제공하는 데에 있다.

상기 목적 및 기타 본 발명의 목적은 내열성다공질금속기본체에 전자방출물질을 함침시켜서된 함침형 음극 펠릿의 표면상에, 적어도 박층, 극 고융점 금속박층으로된 하층과, Sc₂O₃를 포함하는 고융점금속 박층으로된 상층을 부착시켜서된 것을 특징으로 하는 함침형 음극에 의하여 달성된다.

본 발명의 함침형 음극에 있어서 열 혹은 이온충격에 대하여 안정적인 균일한 단분자층을 형성시키기 위하여, Ba의 보급원으로서 종래의 기본형 함침음극(내열성 다공질 기본체에 전자방출물질을 함침시킨 것)을 사용하고, 그 음극 표면을 평탄화하기 위하여 당해 표면상에 고융점금속박층을 부착시키고, 또 그위에 Sc 및 O의 보급원으로서 Sc₂O₃를 포함한 고융점금속박층을 부착시킨 새로운 구조의 음극을 제외한 것이다.

음극표면에 Ba·Sc 및 O를 부착시켜서된 종래의 단분자층은, 함침시에 전자붕출물질과 반응하지 않은 Sc₂O₃를 다공질기본체의 공기구멍으로부터 확산되어 나오는 Ba과 결합시킨 것으로, Sc₂O₃의 보급이 차단되면 단분자층은 존재하지 않게된다. 또한, 미반응의 Sc₂O₃의 양은 미량이기 때문에 제어가 곤란하다.

본 발명에 있어서 Sc₂O₃의 보급원으로서는, Sc₂O₃를 포함한 고융점금속박층, 예를 들면, W, Mo, Ta, Ir, Os, Re, Ru, Rh, Pd 및 Pt로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종류의 금속박층이 사용되며, 그 두께는 10nm~1㎛인 것이 바람직하다.

하층으로 되는 상기 기본형 함침음극표면에는 평균 5㎛의 공기구멍이 있고, 이 표면상에 직접 상기 금속박층을 형성시키면, Ba의 보급이 박층 바로 아래의 공기구멍에 집중되기도 하고, 박층이 평탄하게 성형 되지 않는 등의 문제점이 발생한다. 본 발명은 이와같은 문제점을 방지하기 위하여 상기 금속박층의 아래에 하부박층을 설치한 것이다. 이 하부박층은 고융점금속박층이면 되지만, 전자방출물질과의 반응성이 낮은 고융점귀금속, 예를 들면, Os, Re, Pt, Ru등으로부터 선택한 적어도 1종의 금속이 바람직하다.

또, 이 하부박층에는 인위적으로 제어한 작은구멍 또는 크랙을 설치하여, Ba이 상부박층에 용이하게 확산하는 구조로 해도된다. 작은 구멍의 직경 또는 크랙의 폭은 10nm~2㎛의 범위인 것이 바람직하며, 10nm~1㎛의 범위이면 더욱 바람직하다. Ba보급원으로서는 상기 기본형의 함침형 음극외에 소결형 음극등과 같이 Ba을 보급할 능력이 있는 재료를 사용하는 것도 가능하다.

이하, 제1도에 도시한 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명에 의한 함침형 음극을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도면에 있어서, (1)은 직경 1.4nm인 음극기본체 재료의 펠릿이고, 공극율 20~25%의 공기구멍(3)중에 전자방출재료를 함침함 다공질텅스텐기본체(2)로 구성되어 있다. 전자방출재료로서는 BaCO₃, CaCO₃, Al₂O₃를 몰비 4:1:1의 비율로 배합한 것을 사용한다. 또한, 다른 몰비의 재료나, 다른 재료를 첨가한 전자방출재료를 사용해도 된다. 다공질기본체로서는, W외에 Mo, Ta, Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt 또는 이들의 합금을 사용해도 된다.

상기 펠릿(1)을 Ta컵(4)에 장착한 다음, Ta컵(4)은 슬리이브(5)내의 상부에 레이저용접한다. 레이저용접 대신에 납땜을 사용해도 된다. 음극펫릿(1)의 가열은 Ta슬리이브(5)내의 하부에 설치한 W심선(6)을 알루미나 피복한 히이터(7)를 사용하여 행한다. 이상이 기본형의 함침형 음극이며, 이것이 Ba의 보급원으로 된다. Ba보급량은 음극 펠릿의 가열온도에 의존하지만, 상기 전자방출재료의 조성비를 변경하거나 또는 상기 기본체재료중에 Zr, Hf, Ti, Cr, Mn, Si, Al등의 활성제를 함유시켜서도 조정할 수 있다.

펠릿(1)의 표면에 착설하는 고융점금속박층(8)으로서는, 전자선가열에 의해 두께 약 500nm의 Os층을 부착시킨다. 이 박층의 재료로는 Os외에 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Re등과 같은 귀금속이나 Mo, W, Ta등과 같은 고융점금속 및 이들의 합금을 사용해도 된다. 또, 그 두께는 10nm~1㎛가 적당하다. Sc₂O₃보급원으로서는 두께 10nm~1㎛의 W와 Sc₂O₃로 된 박층(9)를 진공스퍼터법에 의해 부착시켰다. W 대신에 Mo, Re, Ru, Rh, Rd, Os, Ir, Pt, Ta 또는 이들의 합금을 사용해도 된다. W중의 Sc₂O₃의 함유량으로서는 10중량%를 택하였지만, 1~50중량%의 범위가 바람직하다. 이와같은 음극을 사용하여 음극·양극의 2극방식으로 양극에 폭 5μs, 반복사이클 100Hz의 고압펄스를 인가하여 포화전류밀도를 측정하였다. 이 결과를 제2도에 도시하였다. 도면에 있어서 기호(10)은 본 발명에 의한 10중량%의 Sc₂O₃를 함유하는 두께 약 100nm의 W박층(9)과 두께 약 500nm의 Os박층(8)을 가지는 음극의 전자방출특성을 나타낸다. 상기 박층(8)(9)이 없는 종래 음극의 특성은 상기 특성(10)과 일치하지만, 5×10^-5Torr의 Ar분위기중에서 스퍼터링에 의해 Ba, Sc 및 O로 이루어진 단분자층을 제거한 후에는, 그 특성은 기호(11)로 나타낸 것과 같이 저하한다. 반면, 본 발명의 음극에서는 단분자층제거후의 전자방출저하는 거의 없고, 저하가 다소있는 경우도 1150℃에서 15분간의 가열처리에 의해 특성(10)으로 회복된다. 또, 평탄화처리막이 없는 음극에 비해 낮은 전계시의 전자방출특성이 현저히 개선되었다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 음극의 로우워어크 함수상태를 유지하는데에 불가결한 Ba, Sc 및 O로 이루어진 단분자층이 파손되더라도 그것이 다시 보급되기 때문에 전자방출특성의 저하는 전혀 찾아볼 수 없다고 하는 효과가 있다. 또, 만일 특성저하가 발생하더라도 1150℃에서 15~30분 정도의 열처리에 의해 완전한 단분자층이 형성되므로 긴수명의 저온동작 특성이 유지된다. 또한, 고융점금속박층에 의한 평탄화처리에 의해, 낮은 전계시의 전자방출의 열하가 완화되므로, 통상의 수상관등과 같은 각종 전자관에 장착하므로써 저온동작의 효과가 발휘된다.

Claims

내열성다공질금속기본체에 전자방출물질을 함침시켜서된 함침형 음극 펠릿의 표면상에, 고융점금속박층으로된 하층과 이 하층의 위에 위치하는 것으로 Sc₂O₃를 포함하는 고융점극속박층으로된 상층과의 적어도 2층의 박층을 부착시켜서된 것을 특징으로 하는 함침형 음극.
제1항에 있어서, 상기 상층 및 하층의 고융점금속박층을 구성하는 금속이 W, Mo, Ta, Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt의 군에서 선택된 적어도 1종의 금속인 것을 특징으로 하는 함침형 음극.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하층의 두께가 10nm~1㎛이고, 상기 상층의 두께가 10nm~1㎛인 것을 특징으로 하는 함침형 음극.
제1항에 있어서, 상기 고융점금속 박층으로된 하층은 작은구멍 또는 크랙을 가지며, 상기 작은구멍 또는 크랙의 폭이 10nm~2㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 함침형 음극.
내열성다공질금속기본체에 전자방출물질을 함침시켜서된 함침형 음극 펠릿의 표면상에, 고융점금속박층으로된 하층과 이 하층의 상부에 위치하는 것으로 Sc₂O₃를 포함하는 고융점금속박층으로된 상층과의 적어도 2층의 박층을 부착시켜서된 함침형 음극을 가지는 것을 특징으로 하는 전자관.
제5항에 있어서, 상기 하층의 두께가 10nm~1㎛이고, 상기 상층의 두께가 10nm~1㎛인 것을 특징으로 하는 전자관.