Brevet FR2373873A1 — publié le 19780707

La présente invention a trait à un procddd de réalisation d'entretoises semi-conductrices interélectrodes pour tubes électroniques et d'insertion des dites entretoises dans les dits tubes. nie concerne particulièrement les tubes électroniques dont la section transversale perpendiculaire an flux d'électrons est grande, notamment les tubes genre intensificateurs d'images. Lorsqu'on augmente cette section, plusieurs problèmes sont è résoudre. An premier problème concerne la rigidité des électrodes. Celle-ci faiblit en même temps que leur surface augmente. Il peut en résulter, entre autres, que ces électrodes peuvent vibrer facilement ce qui se traduit par l'apparition d'effets parasites lors de leur emploi. Un autre problème étroitement lié au premier cité, concerne la manière d'assurer le parallélisme des électrodes entre elles en tout point.Lorsque les électrodes sont minces et que leur surface s'accroît, apparaît, pour chacune d'elle, une flexion fonction de leur élasticité, si bien qu'il devient pratiquement impossible d'assurer le parallélisme en tout point entre les deux électrodes. Un troisième problème concerne la tenue è la pression des tubes, notamment lorsqu'il s'agit des tubes photoélectriques tel, par exemple, un tube intensificateur d'image comportant mie fenStre d'entrée et une fenêtre de sortie.Sans mesu- res spéciales prises lors de leur construction, chaque fenOtre est soumise à la pression atmosphérique sur sa seule face externe au tube et doit y résister, ce qui conduit à augmenter leur épais- seur avec comme conséquence une diiinution de transmission de lu mière ou des phénomènes de diffusion è l'intérieur du verre. L'art antérieur, par exemple le brevet français N 825439, révèle une technique pour pallier ces inconvénients qui consiste è introduire entre électrodes ou entre électrodes et fenêtres des entretoises isolantes réparties sur toute leur surface. Du fait des liaisons établies entre électrodes et fenêtres, chaque électrode acquiert une plus grande rigidité, le parallélisme entre électrodes se trouve assuré pratiquement en tout point et, par ailleurs, la pression atmosphérique se trouve transmise d'une entre è l'autre, si bien qu'elle s'exerce pour chacune d'elle è la fois sur la face interne et sur la face externe au tube.Il n'est donc plus besoin pratiquement de compenser le manque de rigidité des fenOtres par une augmentation de leurs épaisseurs. L'introduction de telles entretoises perturbe généralement le champ électrique au voisinage de ces entretoises du fait de la charge électrique qui apparaît sur l'isolant des dites entretoises. Cette perturbation apparat notamment dans les tubes inten sificateurs d'images à galette de micro canaux multiplicatrices d'électrons comportant des entretoises disposées entre faces de galette et entre d'entrée et/ou de sortie supportant respectivement la photocathode et l'écran luminescent du tube. La perturbation de champ se traduit alors par des distorsions d'images. Par ailleurs, les galettes disponibles pour la construction de tels tubes ont des surfaces restreintes.Selon l'art antérieur on a pensé augmenter la surface utile des tubes en Juxtaposant plusieurs galettes les unes à côté des autres en se servant, pour la Juxta posîtion,d'entretois5s intercalées entre chaque galette et les fenêtres, des liaisons rigides étant établies entre galette et fenêtres par soudure de celles-ci sur les faces des entretoises. La perturbation de champ citée plus haut limite en fait l'utilisa- tion d'une telle Juxtaposition au seul cas où les entretoises sont disposées sur le pourtour du champ utile comme dans la demande de brevet français déposée le 23 Février 1976, sous le numéro 76 04 904 au nom de la demanderesse. Les galettes composantes ont une forme rectangulaire et l'augmentation de surface ne s'effectue que selon l'une des dimensions de ces galettes. Le but de la présente Invention est de constituer lesdites entretoises et de concevoir leur insertion dans les tubes de telle sorte qu'elles puissent être placées dans le champ utile desdite tubes, notamment dans les tubes intensificateurs d'images, sans apporter de grandes perturbations de champ électrique et de distorsion d'image. Il est alors possible dans un tube de Juxtaposer plusieurs élé- ments d'électrodes en utilisant des entretoises assurant des liaisons mécaniques entre électrodes ou fenêtre du tube de maniè- re à grandir l'électrode résultante selon deux dimensions, les en entretoises étant placées dans le champ utile du tube qui se trouve de ce fait largement augmenté.L'invention se fonde sur le fait que, d'une manière générale, un isolant électrique placé dans un champ électrique, en l'occurence entre deux électrodes portées à des potentiels différents, par exemple entre la cathode et l'ano- de d'un tube, se charge électriquement à la suite de plusieurs processus s dune part, sous l'action du champ électrique arrachement d'électrons à la Jonction cathode isolant lesquels sont accélérés vers l'anode, certains frappant la surface latérale de l'i- solant, d'autre part, multiplication électronique secondaire le long de l'isolant. Il s'ensuit l'établissement d'un régime d'équi- libre pour lequel l'isolant présente le long de sa surface laté- rale une zone chargée positivement commençant à une certaine distance de la cathode et s'étendant jusqu'à l'anode. L'invention vise à faire disparaître ce phénomène de charge et prend pour cela des mesures tendant à assurer une conduction électrique le long de cette surface et l'évacuation des charges, à atténuer l'émis- siola de champ an voisinage de la Jonction entretoise électrode au potentiel le plus faible et la multiplication électronique secondaire à la surface latérale de l'isolant. aes ne sures sont remarquables dans le choix du matériau constitutif des entretoises et dans la façon de réaliser la Jonction entre entretoises et électrodes. Le matériau est tel, qu'après éventuellement traitement adéquat, la surface latérale des entretoises non en contact avec les électrodes possède des propriétés semi-conductrices qui permettent l'évacuation des charges. Par ailleurs, éventuellement, les faces d'entretoises devant Stre en contact avec les électrodes subissent préalablement un poli optique puis la fixation des entretoises sur les électrodes s'ef- fectue par soudure ou collage selon des méthodes connues en soi, par exemple celle dite par thermocompression, particularisée du fait que la quantité de métal insérée entre entretoises et dlec- trodes est dosée pour que le métal ne déborde pas au delà des surfaces en regard. Ainsi selon l'invention il est mis au point un procédé de réalisation d'entretoises interélectrodes pour tubes dlectroni- ques et d'insertion desdites électrodes dans lesdits tubes, remar- quable en ce que le matériau constitutif desdites entretoises présente ou peut acquérir par traitement adéquat des propriétés semi- conductrices le long de la surface latérale desdites entretoises, en ce que, de plus, éventuellement les faces des entretoises en contact avec les électrodes sont polies optiquement puis métallisées de même que leur surface latérale non on contact avec les électrodes est dépolie par attaque chimique et en ce que les entretoises sent rendues solidaires de l'une ou de l'autre des électrodes par les méthodes de soudure ou collage de 1 art connu. Fig.6.-Une vue partielle en coupe d'un tabe image convertisseur de rayons Z. Chaque entretoise a la forme d'un tronc de cylindre ou parallélépipède dont on distingue par la suite les faces en contact avec les électrodes et la surface latérale. L'on traite le cae le plus courant ot le. électrodes sont à des potentiels électriques différents. Pour la facilité du langage l'électrode au plus faible potentiel sera appelée cathode et l'autre anode. Ces cathode t anode sont toutes deux rigides. En premier lieu, peur cembattre toute accumulation de charges électriques le l.ng de la surface latérale des entretoises, celles-ci sont constituées d'un matériau présentant une cartaine conductibilité électrique en surface le long de cette surface compatible avec la dissipation thermique acceptable dans les entretoises et on relation avec la densité électronique du faisceau qui traverse le tube.Pour rendre négligeable l'émission de champ à la jonction cathode entretoise, la face d'entretoise devant être à son contact est polie seignousoment de telle serte à obtenir un poli optique, puis métallisée. La face d'entretoise du côté anode est généralement également polie optiquement. Dans le même but, la hauteur d'entretoise est proportionnée à la différence de potentiel devant exister entre les deux électrodes de telle sorte que le champ interélectrode soit environ de 20 KV/cm au maximum. Cette valeur correspond à un seuil au delà duquel, un isolant placé sous vide, se charge électriquement.En second lieu peur obtenir un taux d'émission électronique secondaire faible le long de la surface laté- rale des entrotoises, ladite surface latérale subit une attaque chimique faisant apparaître des rugesités de l'ordre de 5 à 10 m de diamètre. Belon le cas, chaque entretoisa est rigidement fixée à la cathode et/ou à l'anode au moyen de soudure faisant interve- nir un métal de liaison.De manière à ne pas perturber le champ électrique, la soudure est effectuée de telle sorte que le métal ne déborde au delà de la face de contact. Bar la figure 1, on a illustré l'exécution de ce procédé dans le cas d'un tube intensificateur d'image comportant un intensificateur en forme de galette de microcanaux à émission électronique secondaire placé entre une photocathode et un écran luminescent déposé respectivement sur une fenêtre dito d'entrée et sur une fenStre dite de sortie. Dans ce mode d'exécution les entretoises sent introduites entre Selon un mode préférentiel de l'invention chaque entretoise est rendue solidaire de l'une et/ou de l'autre des électrodes par interposition d'un métal de liaison entre entretoise et support d'électrode puis thermocompression de l'ensemble électrode entretoises, l'apport de métal étant dosé pour ne pas déborder des surfaces en contact après ladite thermocompression. Ce procédé est notamment appliqué dans les tubes intensificateurs d'image dans lesquels les entretoises sont insérées entre la galette mul- tiplicatrice d'électrons et au moins l'une des fenOtres supportant respectivement l'écran et la photocathode.Cette application est mise à profit selon l'invention pour réaliser la Juxtaposition de plusieurs éléments de galette aiin d'augmenter le champ utile du tube. Ume autre application du procédé concerne la réalisation de tube. images munis de fenêtre d'entrée et de sortie de faibles épaisseurs grâce à des entretoises placées entre fenêtres ou entre fenOtres et galette et tranaettant la pression atmosphéri- que de la face externe au tube de l'une des fenStres vers la face interne de l'autre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante donnée à titre d'exemples non limitatifs de quelques modes d'exécution du procédé et de sen utilisation dans les tubes, ladite description étant accompagnée de dessins qui représentent: Pig. 1.- Une représentation on coupe de la entre d'écran d'un tube image montrant différents stades de la fabrication de l'écran ainsi que l'opération d'implan- tation d'entretoises selon le procédé de l'invention. Fig.- 2- Une vue partielle en coupe d'une structure de tube intensificateur d'image construit à l'aide de ce procédé. Fig. 3.- Une vue de dessus da côté photocathode d'un tel tube et par transparence à travers le multiplicateur d'élec- trons comportant la Juxtaposition de plusieurs éléments de galette de micro canaux obtenu par utilisation du procédé selon l'invention. Fig. 4.- Une vue partielle en coupe d'un tube intensificateur d'image comportant des entretoises insérées selon le procédé de part et d'autre de la galette de microcanaux. Fig. 5 Une vue de dessus de ce dernier tube du côté photocathode et par transparence à travers le multiplic ateur d'élec- trons. galette de microcanaux et écran ou photocathode, les entretoises étant solidaires de la glace d'écran et de la galette. Il est essentiel que chaque entretoise perturbe le moins possible l'observation de l'image, c'est-à-aire que la perte d'information se limite essentiellement à la tache géométrique de chaque entretoise. Pour cela la réalisation de ltécran sur la fenêtre de sortie comporte une suite d'opérations ayant pour but de réserver sur ltécran des zones exemptes de phosphore destinées a recevoir les faces d'entretoises. Ces opérations sont schématisées en A B C D E sur la figure 1. Sur cette figure la fenêtre d'écran est représentée partiellement sous le numéro li. Au cours de l'opération A on dépose sur la fenêtre It la couche uniforme de laque photosensible 12 sur laquelle on place un masque 13 comportant des plots opaques tels que 14ayant lé diamètre des entretoises.La laque est photoffensiblisee à l'aide d'un rayonnement 15, par exemple ultraviolet, de telle sorte que la laque ne subsiste plus sur la fenêtre qu'aux endroits 16 en regard des pastilles 14 comme représenté en B. Au cours de l'opération représentée en C on effectue le dépôt d'une couche de phosphore 17. La laque restant aux endroits 16 et le phosphore qui les recouvre est éliminé- a l'aide d'une solution qui fait gonfler la laque et la décolle de la fenêtre. La fenêtre et le dépôt présentent l'aspect indiqué en D avec des encoches telles que 19 destinées å recevoir, chacune, une entretoise. Le phosphore restant et les encoches sont rev@tues d'une couche métallique 18 suivant les techniques de l'art connu. Le matériau dentretoise est, par exemple, ici le meme que celui constituant la galette de microcanaux soit un verre au plombbismuth. Les entretoises sont portées aux dimensions désirées, leur diamètre étant légèrement inférieur à celui desdites encoches dans l'écran. Leurs faces sont polies optiquement après avoir dépoli leur surface latérale par traitement chimique. On fait alors subir aux entretoises une opération de réduction à chaud dans l'hydrogène. Il en résulte que leur surface acquiert les pro priétés d'une couche semi-conductrice de résistivité de l'ordre par exemple de 1012 # / # .Pour la fixation des entretoises sur l'écran on a recours à une technique connue, celle dite de thermocompression (Cf par exemple l'article de J.T. KLOMP dans la revue Céramic Bulletin, Vol. 51, N 9 (1972) pages 683 et sui vantes). L'opération relative à une entretoise est représentée à la figure 2. Un petit bloc de métal 21, de l'aluminium par exemple, est placé dans chaque encoche telle que 19. Une entre toise telle que 22 est placée au-dessus de ce bloc de métal, puis le tout est porté à une température légèrement inférieure à celle de fusion du métal.Ume pression P en direction de l'écran est appliquée sur la face supérieure 23 de l'entretoise normalement à cette face. n y a alors interpénétration du métal dans la fenOtre et dans l'entretoise, drOù il résulte une liaison rigide entre lesdites fenêtre et entretoise. L'appert de métal est dosé de telle sorte que le métal ne déborde pas en dehors de la face d'entretoise. I1 va de soi que selon le procédé cette dernière opération est effectuée pour toute une série d'entretoises à la fois. On procède ensuite, également par une méthode de thermo- compression, à la fixation de la galette 24 sur les faces su périeures des entretoises.On place pour cela sur chaque entre toise un bloc de métal 25. Le point de fusion de ce métal est inférieur à celui du métal constituant 21 de telle sorte que l'élévation de température de 25 nécessaire à cette deuxième thermocompression n'endommage pas la fixation des entretoises sur l'écran. Le métal de 25 sera par exemple du plomb. L'apport de métal 25 est tel qu'également le métal ne déborde pas des sur- faces en regard. n va de soi que le procédé conçoit aussi d'ef- fectuer les thermocompressions entretoises écran et entretoises galette simultanément, les métaux constituant 21 et 25 étant alors les mêmes. Un second exemple d'application du procédé selon l'in- vention concerne un tube intensificateur d'image de grand champ utile obtenu par juxtaposition de plusieurs galettes en utili- sant plusieurs fois le procédé précédemment décrit. De. entre toises sont placées entre chaque élément de galette et l'écran, galette et écran étant fixés sur l'entretoise par thermocompres- sion. Une telle Juxtaposition de 6 galettes est représentée sur la figure 3. Cette figure représente l'ensemble des galettes numérotées 31 à 36 vues du c8té photocathode. Il faut supposer que l'écran se trouve placé en dessous des galettes.Le champ utile supposé rectangulaire du tube se trouve limité dans le sens de la largeur entre les lignes pointillées 37 et 38. On a représenté en transparence au travers des galettes les entre toises. Ces entretoises peuvent être de plusieurs types selon leur situation dans le tube et les rôles qu'elles jouent. Les entretoises référencées 39 sont nécessairement obtenues et insérées dans le tube par le procédé selon l'invention de manière à ne pas perturber le champ électrique à leur voisinage. Celles situées sur le pourtour du champ utile n'ont pas'besoin autre du type 39 et d'être l'objet des mêmes précautions de montage. nies peuvent avantageusement être conductrices sur leur surface latérale comme dans la demande de brevet français N0 76 04 904 en date du 23 Février 1976 au nom de la demanderesse et eonçues de manière à être associées avec des conducteurs électriques noyés au travers de l'écran ou situés sur la surface latérale de la galette afin d'assurer l'alimentation électrique des faces de la galette à partir de contacts situés sur la face d'écran.Ainsi, par exemple, les entretoises répertoriées 40 permettent, partir de la face externe de glace d'écran, l'application du potentiel électrique sur la face inférieure de chaque élément de galette tandis que les entretoises répertoriées 41 permettent l'alimenta- tion de la face supérieure de chacun deedits éléments. Dans le cas où la surface de champ utile doit être égale à celle de la galette les plots référencés 40 et 41 sont identiques à ceux référence 39. On obtient de cette manière un tube de grand champ utile. Un autre exemple d'application du procédé concerne un tube photoélectrique comportant des mêmes éléments électrodes que précédemment main, où,par application du procédé selon l'invention, des entretoises sont introduites de part et d'autre de la galette de microcanaux entre chacune des faces de la galette et respectivement la fenêtre de photocathode et la fenêtre d'écran. Une portion d'un tel tube est représentée sur la figure 4 en coupe perpendiculairement à la galette. Sous 24 est représentée la galette, sous ll et 41 respectivement les fenêtres d'écran et de photo- cathode. 45, 46 d'une part, 47, 48, d'autre part, sont des couples d'entretoises placés en regard l'une de l'autre entre galette écran et galette photocathode. De cette manière la pression atmosphérique qui s'exerce sur la face externe de l'une des fenêtres est transmise sur la face interne de l'autre fenêtre et g contrebalance l'action exercée sur la face externe. n s'ensuit que les fenêtres peuvent avoir une épaisseur plus faible. Dans ce tube,on procède également à un assemblage d'éléments de galette de manière à obtenir un grand champ utile mais le réseau d'entretoises n'est pas seulement dicté par le seul assemblage des galettes mais aussi par la tenue mécanique à la pression atmosphérique de l'empilement d'électrodes et fenOtres constituant le tube. Ce réseau est représenté vu de dessus sur la figure 5. On y retrouve les six éléments de galettes et les entretoises du type 39 de la figure 3 lais pouvant être disposés dans le champ de chacun des éléments de galette. Sur le pourtour on retrouve des entretoises de type 40 et 41 destinées à assurer la connexion du c8té écran comte expliqué précédemment.Les entretoises du côté écran sont scellées à la fenêtre d'écran tandis,que du côté photocathode,elles sont scellées sur la galette. Cette structure est principalement celle d'un tube dont le couplage optique avec l'extérieur ne doit pas être perturbé par la présence de fortes épaisseurs de fenêtre et les phénomènes de diffusion optique qu'elles apportent. Une variante d'un tel tube est un photomultiplicateur pour lequel l'écran est remplacé par une anode plane fractionnée en éléments planaires. Les entretoises du cOté anode sont scellées au verre de fenêtre de sortie dans les interstices entre lesdits éléments d'anode. Une autre variante est un tube convertisseur x dont la structure est représentée partiellement en coupe sur la figure 6. Dans ce tube la photocathode est une feuille 51 de métal tel le tungstène, ou le tantale placée au contact de la galette de microcanaux. La fenêtre d'entrée 41 est placée sur ladite feuille 51. La série d'entretoises entre galette et entre dlen- trde n'existe plus. La pression atmosphérique est transmise à la face interne de la fenêtre d'entrée 41 par l'intermédiaire des entretoises telles que 45 et 47 solidaires de la fenêtre de sortie 11 supportant l'écran 17. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'entretoises interélectrodes pour tubes électroniques et d'insertion desdites entretoises dans lesdits tubes, caractérisé en ce que le matériau consti tutif deedites entretoises présente ou peut acquérir par traitement adéquat des propriétés semi-conductrices le long de la surface latérale desdites entretoises, en ce que, de plus, éven- tuellement, les faces des entretoises en contact avec les élec- trodes sont polies optiquement puis métallisées de même que leur surface latérale non en contact avec les électrodes est dépolie par attaque chimique et en ce que les entretoises sont rendues solidaires de l'une ou de autre des électrodes par les méthodes de soudure ou collage de l'art connu. 2.- ProcSdé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises sont rendues solidaires de l'une ou de l'autre des électrodes par interposition d'un métal de liaison entre entretoises et support d'électrode puis thermocompression de l'ensemble électrode entretoises, l'apport du métal étant dosé pour ne pas déborder des surfaces en contact après ladite ther mocompression. 3.- Application du procédé selon la revendication 1 ou 2 à la constitution de tubes intensificateurs d'image comportant une galette de microcanaux placée entre photocathode et écran déposés respectivement sur une fenêtre dite d'entre et une fenêtre dite de sortie, caractérisée en ce que des entretoises sont disposées entre fenêtre d'écran et galette de microcanaux, lesdites entretoises étant solidaires de la galette et de la fenêtre d'écran, la liaison avec la fenêtre s'effectuant en des endroits réservés lors du dépit des matières luminescentes constituant l'écran. 4.- Application selon la revendication 3, caractérisée en ce que la galette de microcanaux comporte plusieurs élé- ments juxtaposés, des entretoises étant insérés entre chaque élément de galette et la fenêtre support d'écran. 50- Application du procédé selon la revendication 1 ou 2, à la constitution d'un tube intensificateur d'image comportant une galette de micro canaux placée entre photocathode et écran déposés respectivement sur une fenêtre dite d'entrée et une fenOtre dite de sortie, caractérisée en ce que des entretoises sent insérées de part et d'autre de la galette, lesdites entretoises étant solidaires de l'écran du côté écran et de la galette du côté photocathode. 6.- Application selon la revendication 5, caractérisée en ce que la galette de microcanaux comporte plusieurs éléments Juxtaposés. 7.- Application selon la revendication 4, caractérisée en ce que la photo cathode est une plaque de métal tel le tungstène ou le tantale, la entre d'entrée étant placée contre ladite plaque et étant transparente à un rayonnement I. 8.- Application du procédé selon la revendication 1 à la constitution de tubes analogues à ceux des revendications 3 à 7 pour lesquels l'écran est remplacé par une anode de surface fractionnée et déposée sur la entre de sortie. 90- tubes électroniques obtenus selon le procédé de la revendication 1 ou 2 et lors des applications de ce procédé selon les revendications 3 à 8.