Brevet FR2626106A1 — publié le 19890721

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PHOTOCATHODE POUR TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGES DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une photocathode pour tube intensificateur d'images lumineuses (tube IIL) ou d'images radiologiques (tube IIR). Ces tubes sont utilisés pour l'étude de phénomènes lumineux ou pour la radiologie. Dans le cas de la radiologie, ces 0 tubes sont associés à des scintillateurs qui convertissent les photons X incidents, en photons lumineux. On sait que ces tubes comprennent, dans une enceinte à vide généralement en verre, un écran d'entrée, un écran de sortie, une photocathode proche de l'écran d'entrée, une anode proche de l'écran de sortie et une optique électronique comportant des électrodes d'accélération et de focalisation des électrons émis par la photocathode, ces électrodes étant situées entre la photocathode et l'anode. Dans les tubes de type IIR, l'écran d'entrée comporte un scintillateur qui convertit les photons X incidents en photons visibles. Dans les tubes de type IIL, l'écran d'entrée reçoit directement les photons incidents. Les photons visibles viennent frapper la photocathode, généralement constituée par un substrat conducteur recouvert d'un dépôt photoélectrique; cette photocathode génère alors un flux d'électrons qui sont transmis, gr ce aux électrodes intermédiaires, vers une anode o ils sont focalisés. Les électrons ainsi focalisés sont dirigés vers l'écran d'observation constitué d'une luminophore qui émet alors une lumière visible. Cette lumière peut ensuite être transmise vers une caméra ou un appareil de photographie, pour être traitée et analysée. Les photocathodes les plus utilisées, sont constituées d'un dépôt d'un antimoniure alcalin qui peut avoir l'une des compositions chimiques suivantes: SbCS, SbK3, SbK CS, SbKNaCS, SbKRbCs,... Cette composition content et un ou2 SbKRbCs,... Cette composition contient c iû'ar.foine et un ou 2 2 6 2610 5 plusieurs métaux alcalins. Ces photocathodes peuvent être obtenues en déposant alternativement sur un substrat, des couches d'antimoine et des couches de métaux alcalins, jusqu'à l'obtention de la sensibilité recherchée. On peut ainsi réaliser par exemple, l'empilement suivant: Sb, K, Sb, K, Sb,... etc. Il est également possible d'obtenir ces photocathodes en déposant en même temps sur le substrat, l'antimoine et les métaux alcalins. De façon connue, la fabrication de photocathodes consiste à placer dans l'enceinte à vide d'un tube IIR ou IIL, un générateur d'antimoine et un certain nombre de générateurs alcalins, égal au nombre de métaux alcalins qui entrent dans la composition de la photocathode. La fabrication de la photocathode se fait dans l'enceinte à vide du tube car les métaux alcalins sont très réactifs et doivent être créés sous vide pour être stables. Le générateur d'antimoine comprend un creuset contenant de l'antimoine, dont on provoque l'évaporation en chauffant le creuset, par effet Joule par exemple. Chaque générateur alcalin comprend un creuset contenant un chromate d'un métal alcalin et de l'aluminium ou du silicium. Le chauffage du générateur, généralement par effet Joule, produit l'aluminothermie ou la silicothermie du composé et libère le métal alcalin en question ainsi que des produits de réaction. La figure 1 représente schématiquement un tube IIR et permet de mieux comprendre la fabrication de la photocathode, selon un procédé connu dans l'état de la technique. Ce tube comprend une enceinte à vide 1, un scintillateur 2 qui fait partie de l'écran d'entrée. La photocathode n'est généralement pas déposée directement sur le scintillateur mais sur une sous- couche conductrice de l'électricité 3 qui permet de reconstituer les charges du matériau de la photocathode. Cette sous-couche peut être constituée par exemple d'alumine, d'oxyde d'indium ou d'un mélange de ces deux corps. Le système d'optique électronique 3 2626105 de l'IIR comporte des électrodes G1 G2, G et une anode A. On désigne par la référence 4 l'écran d'observation du tube IIR. On a représenté dans l'enceinte à vide 1 Le générateur d'antimoine 5 et le générateur alcalin 6 qui sont utilisés. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, le générateur alcalin 6 est porté par la grille G. Le générateur d'antimoine 5 est placé sur le trajet des électrons, ce qui explique qu'on l'enlève de l'enceinte, une fois la photocathode terminée. Ce générateur peut être porté par des moyens amovibles comprenant par exemple un rail 9 coulissant sur un guide 10 situé dans un appendice 11 latéral de l'enceinte 1. A la fin de la fabrication de la photocathode le rail 9 et le générateur d'antimoine 5, sont amenés dans l'appendice 11 qui est alors séparé de l'enceinte par fusion de sa jonction avec l'enceinte. Le générateur d'antimoine 5 est constitué par un creuset contenant de l'antimoine, dont on provoque l'évaporation en chauffant le creuset, par effet Joule par exemple. Le générateur alcalin est constitué par un creuset dont le contenu est évaporé par chauffage, par effet Joule par exemple. Il est nécessaire, pour fabriquer une photocathode, de l'éclairer en permanence au cours de sa fabrication. En effet, la photoélectricité de la photocathode, c'est-à-dire le courant photoélectrique qu'elle produit lorsqu'elle est éclairée, évolue au cours de la fabrication. Cette évolution est liée à la quantité d'antimoine et d'alcalin déposée progressivement sur le substrat. La mesure du courant photoélectrique sert donc à contrôler la transparencce de la photocathode et donc le dosage des différents composants du dépôt constituant cette photocathode. En se référant à la figure I et de façon connue un procédé de fabrication d'une photocathode 7, se déroule donc de la manière suivante. Au cours du dépôt d'une première couche d'un métal alcalin, par exenpLedu Césium ou du Potassium, on mesure le 4 2626 1 0 6 courant photoéLectrique produit par l'éclairement 8 de cette couche par une lampe 12 située à L'extérieur de l'enceinte 1, en regard de La couche en cours d'élaboration. La mesure du courant est effectuée par un appareil de mesure d'intensité 13, relié par exemple à la sous-couche conductrice 3 et à l'anode A. Cette mesure de courant permet de déterminer la transparence du dépôt au cours de la fabrication. Des traversées isolantes et étanches 14, 15 sont bien entendu prévues pour assurer le passage des fils de connexion de l'appareil de mesure 13, dans les parois de l'enceinte 1. Lorsque le courant photoélectrique produit par l'éclairement de la première couche atteint une valeur prédéterminée, on arrête alors le dépôt de cette première couche. On réalise ensuite un dépôt d'une deuxième couche d'antimoine, et la valeur du courant photoélectrique décroît. Quand une valeur limite est atteinte, on cesse de déposer de l'antimoine. On réalise ensuite alternativement des dépôts de couches de métaux alcalins et d'antimoine. La valeur du courant photoélectrique augmente et diminue comme indiqué plus haut, au cours de ces dépôts successifs. Quand la valeur du courant photoélectrique atteint une valeur maximum prédéterminée, la fabrication est terminée. La figure 2 est un diagramme qui représente les variations de l'intensité I du courant photoélectrique au cours du temps E d'élaboration de la photocathode. Si l'on choisit de déposer toute l'antimoine au début, la répartition entre les différentes couches de métaux alcalins peut être contrôlée par des valeurs de seuil de courant photoélectrique. Toutes ces mesures de courants donnent en fait la transparence de la photocathode. La lampe 12 qui est située à l'extérieur de l'enceinte I du tube, vers le pied de celui-ci, ne donne pas un éclairement satisfaisant de la photocathode, même si l'enceinte est en verre, comme dans le cas de tubes IIR. Des problèmes d'éclairement encore plus importants apparaissent si l'enceinte est métallique, car on doit dan$ ce cas ménager une fenêtre transparente dans 262610, l'enceinte pour pouvoir éclairer la photocathode. Si une fenêtre est impossible à réaliser, tout éclairement est alors interdit et la fabrication de la photocathode est alors très aléatoire. La mesure du courant photoélectrique tel qu'il est effectué directement à partir du substrat, n'est pas très précise. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser une photocathode en mesurant les valeurs des courants photoélectriques produits au cours de la fabrication, en éclairant la photocathode par une source de lumière située à l'intérieur de l'enceinte, de manière à éviter toute atténuation de lumière pour les parois de l'enceinte, ou même toute impossibilité d'éclairement de la photocathode lorsque l'enceinte est complètement opaque. Le procédé permet de Dlus d'effectuer une mesure bien plus précise du courant photoélectrique, au cours de la fabrication. L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une photocathode pour tube intensificateur d'images, ce tube comprenant une enceinte à vide contenant la photocathode, une anode et une ou plusieurs électrodes situées entre l'anode et la photocathode, le procédé consistant à déposer un matériau photoélectrique sur un substrat conducteur, par évaporation sous vide dudit matériau, à déterminer au cours de l'évaporation, la transparence optique du dépôt, en éclairant ce dépôt par une source de lumière, caractérisé en ce qu'il consiste à éclairer le dépôt photoélectrique par une source de lumière située à l'intérieur du tube, cette source étant protégée des vapeurs dudit matériau. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la transparence optique du dépôt est déterminée par un appareil de mesure de la conduction photoélectrique du dépôt relié au substrat et situé à l'extérieur du tube. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la transparence optique du dépôt est déterminée par un appareil de mesure relié à des moyens photoélectriques internes au tube et sensibles à l'épaisseur dudit dépôt. 2626106. Selon une autre caractéristique, les moyens photoélectriques sensibles sont constitués par une photodiode située à proximité dudit substrat en dehors du parcours des électrons et recouverte par ledit dépôt en même temps que le substrat au cours de l'évaporation dudit matériau. Dans ce cas, on s'intéresse à l'affaiblissement du signal émis par la photodiode sous éclairement, dû à son opacification par le dépôt photocathodique. On a alors accès à la transparence optique de La photocathode. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la source de lumière est protégée par l'une des électrodes. Selon une autre caractéristique, la source de lumière est supportée par l'une des électrodes, en dehors du parcours des électrons émis par la photocathode. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la source de lumière est reliée à une source électrique extérieure au tube, par des fils de connexion tranversant le tube par des traversées isolantes. Selon une autre caractéristique, la source de lumière est activée par un générateur haute fréquence extérieur au tube. Selon une autre caractéristique, la source de lumière est retirée de l'enceinte à vide à la fin de la fabrication. Selon une autre caractéristique, ledit matériau photoélectrique est un antimoniure alcalin. Selon une caractéristique particulière, l'antimoniure alcalin est obtenu par évaporation d'antimoine et de métaux alcalins contenus dans des creusets chauffés à l'intérieur de l'enceinte. Selon une caractéristique particulière, la source de lumière est montéesur un système amovible pour être retirée de l'enceinte à la fin de la fabrication. Selon une autre caractéristique, au moins l'un des creusets est monté sur un système amovible pour être retiré de l'enceinte à la fin de la fabrication. Les caractéristiques et avantages de l'invention 7 26 261 69 ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 a déjà été décrite et représente schématiquement un tube connu de type IIR, au cours de sa fabrication selon un procédé connu dans l'art antérieur, - la figure 2 a déjà été décrite et représente un diagramme de l'évolution de la valeur de l'intensité du courant photoélectrique produit par une photocathode éclairée, au cours de sa fabrication, - la figure 3 représente schématiquement un tube de type IIR, au cours de sa fabrication selon le procédé de l'invention. Les mêmes éléments portent les mêmes références sur la figure 3 et sur la figure 1. Le procédé selon l'invention permet, comme illustré schématiquement sur la figure 3, de fabriquer une photocathode 7 pour un tube intensificateur d'images IIL ou IIR dont l'enceinte à vide est représentée en 1. Dans l'exemple représenté sur cette figure, on suppose que le tube est de type IIR et qu'il comporte, outre la photocathode formée sur le substrat conducteur 3, un scintillateur 2. Ce tube comprend aussi une anode A, et entre la photocathode 7 et l'anode A, une optique électronique comportant les électrodes G1, G2, G3. Un écran de sortie 4 est aussi représenté sur cette figure, derrière l'anode A. Le procédé consiste de façon connue, à déposer un matériau photoélectrique tel qu'un antimoniure alcalin, sur le substrat conducteur 3, par évaporation sous vide. Comme dans l'état de la technique, le générateur 5 d'antimoine est un creuset chauffé par effet Joule, tandis que le générateur de métaux alcalins est un creuset 6 chauffé lui aussi par effet Joule. Le générateur d'antimoine 5, peut être fixé à un rail 9, coulissant sur une tige 10 située dans l'appendice 11, pour permettre l'enlèvement de ce générateur à la fin de la fabrication. On mesure aussi, comme dans l'état de la technique, la conduction photoélectrique du dépôt photoémissif, en l'éclairant par une source de Lumière. 8 2626106 Selon l'invention, cette source de lumière 12, est située à l'intérieur de l'enceinte I du tube pour produire un éclairement direct 8 du dépôt, sans atténuation de la lumière. La source de lumière 1 est protégée des vapeurs de matériau photoélectrique en étant placée à proximité de l'une des électrodes (G3 par exemple), du côté de l'une des faces de cette électrode, tandis que le générateur 6 est situé du côté de l'autre face de cette électrode. Le générateur 5 se trouve à proximité de l'électrode G1. Il en résulte que la source de lumière 12, telle qu'une lampe électrique par exemple se trouve "dans l'ombre" de l'électrode G3, à l'abri des vapeurs provenant des générateurs. La transparence optique du dépÈt est obtenue en mesurant la conduction photoélectrique du dépôt 7, soumis à l'éclairement de la source 12, à l'aide d'un appareil de mesure de courant 13 extérieur à l'enceinte 1 reliée au substrat 3 et à l'anode A. On peut également avoir accès à la transparence du dépôt, par mesure par l'appareil 13, en reliant celui-ci à des moyens photoélectriques internes au tube, tels qu'une photodiode 16. Au cours du dépôt de matériau photoélectrique sur le substrat, celui-ci se dépose aussi sur la photodiode, avec la même épaisseur. La mesure de la transparence de la photodiode est alors équivalente à la mesure de la transparence du dépôt effectué sur le substrat, cette mesure est toutefois bien plus précise. Les fils conducteurs de liaison de l'appareil de mesure 13 avec le substrat 3 ou avec la photodiode 16, pénètrent dans le tube par des traversées isolantes 14, 17. La photodiode 16 est située à proximité du substrat 3, de préférence au voisinage du pourtour de celui-ci, en dehors du parcours des électrons qui seront émis par la photocathode, lorsque le tube sera utilisé en fonctionnement normal après sa fabrication. Il peut en effet être envisagé de laisser la photodiode à l'intérieur du tube, pour ne pas compliquer le procédé de fabrication. La source 12 de lumière, qui est protégée des projections de matériau photoélectrique par l'électrode G3, peut 9 2626106 aussi être supportée par cette électrode. Dans ce cas, cette source peut être située en dehors du parcours des électrons émis par la photocathode et parvenant à l'anode, et peut demeurer dans le tube à la fin de la fabrication. Cette source de Lumière peut être une lampe alimentée par une source électrique d'alimentation 18 à laquelle elle est reliée par des fils conducteurs qui pénètrent dans le tube par des traversées isolantes 19. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la source de lumière 12 peut être un filament activé par un générateur haute fréquence 20, extérieur au tube. Cette solution a pour avantage d'éviter toute liaison par fil avec une alimentation électrique extérieure. Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé, la source de lumière 12, tout en étant située à proximité de l'électrode G3, mais sans être fixée à celle-ci, est placée à l'extrémité d'un système amovible tel que des rails 21 pouvant coulisser sur une tige de guidage 22 située dans un appendice latéral 23 de l'enceinte 1. Comme précédemment, la source de lumière peut être une lampe alimentée par la source électrique 18, ou un filament activé par le générateur haute fréquence 20. A la fin de la fabrication, la source de lumière 12 peut être retirée du tube en faisant coulisser le rail 21 à l'intérieur de l'appendice 23, qui est alors séparé de L'enceinte 1 par fusion de la jonction de cet appendice avec l'enceinte. Le procédé qui vient d'être décrit permet bien d'atteindre les buts mentionnés plus haut: grâce aux moyens d'éclairement internes, le contrôle de la fabrication de la photocathode est beaucoup plus efficace. La photodiode qui permet la mesure de la transparence du dép8t permet elle aussi un contrôle plus précis de la fabrication. 26 26106 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une photocathode (3) pour tube intensificateur d'images, ce tube comprenant une enceinte à vide (1) contenant la photocathode, une anode (A) et une ou plusieurs électrodes (G1, G2, G3) situées entre l'anode et la photocathode, le procédé consistant à déposer un matériau photoélectrique sur un substrat conducteur (3), par évaporation sous vide dudit matériau, à déterminer au cours de l'évaporation, la transparence optique du dépôt (7) en éclairant ce dépôt par une source de lumière (12), caractérisé en ce qu'il consiste à éclairer le dépôt photoélectrique par une source de lumière (12) située à l'intérieur du tube, cette source étant protégée des vapeurs dudit matériau. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transparence optique du dépôt (7) est mesurée par un appareil de mesure de conduction photoélectrique du dépôt (13) relié au substrat (3) et situé à l'extérieur du tube. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transparence optique du dépôt (7) est mesurée par un appareil de mesure (13) relié à des moyens photoélectriques (16) internes au tube et sensibles à l'épaisseur dudit dépôt. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens photoélectriques sensibles (16) sont constitués par une photodiode située à proximité dudit substrat en dehors du parcours des électrons et recouverte par ledit dépôt en même temps que le substrat (3) au cours de l'évaporation dudit matériau. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite source de lumière (12) est protégée par l'une des électrodes (G3). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que La source de lumière (12) est supportée par l'une des 11 2626106 électrodes (G3), en dehors du parcours des électrons émis par la photocathode (7). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la souce de lumière (12) est reliée à une source électrique (18) extérieure au tube, par des fils de connexion tranversant le tube par des traversées isolantes (19). 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source de lumière (12) est activée par un générateur haute fréquence (20) extérieur au tube. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source de lumière (12) est retirée de l'enceinte à vide à la fin de la fabrication. 1C. Procéedé selon la reverncicatior 5, caractérisé en ce que ledit matériau photoélectrique (7) est un antimoniure alcalin. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'antimoniure alcalin est obtenu par évaDoration d'antimoine et de métaux alcalins contenus dans des creusets (5, 6) chauffés à l'intérieur de l'enceinte. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source de lumière (12) est montée sur un système amovible (21, 22) pour être retirée de l'enceinte à la fin de la fabrication. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que au moins l'un des creusets (5) est monté sur un système amovible (9, 16) pour être retiré de l'enceinte à la fin de la fabrication.