MINIATURNA KATODNA ELEKTRONKA Predstavitev postopkov Izdelave Mag. Vinko Nemanič, lEVT, Teslova 30, Ljubljana Miniature cathode ray tube Povzetek v članku sem predstavil važnejle postopke Izdelave miniaturne katodne elektronke. Zahteve za čistočo sestavnih delov pred vgradnjo so Izredno stroge, saj je elektronka po odtalitvi zaprl vakuumski sistem. Med črpanjem in procesiranjem katode moran-io zagotoviti take vakuumske razmere, da lahko elektronka obratuje sprejemljivo dolgo časa, kar je za uporabnike eder> bistvenih podatkov. Abstract In the following paper, main steps of manufacturing of miniature cathode ray tubes are given. Cleaning procedure of tube pans before pumping is an essential operation, because after tiping off the tube is a closed system. During evacuation and cathode processing, vacuum conditions must be obtained, v^hich guarantie reasonable lifetime; one of the most critical tube performances. Elektronke so s prodorom translstorja že v šestdesetih letih začele izgubljati pomembno mesto, ki so ga zasedale do takrat. Obdržale so se le tam, kjer prosti elektroni opravljajo funkcijo, ki jo v trdni snovi ne morejo. Med takšne elektronke sodijo: visokofrekvenčne In močnostne (npr. oddajniške) elektronke, klistroni, tiratroni, svetlobni ojačevalniki in seveda katodne elektronke (npr. TV zasloni), ker so zaradi izjemnih lastnosti še vedno nenadomestljive. Slednje se uporabljajo za prikaz črno-bele in barvne slike, najrazličnejših oblik in velikosti in za mnoge splošne in seveda specialne namene. Na lEVT smo za slednje razvili dva tipa miniaturne katodne elektronke, kjer premer zaslona (ekrana) ne presega 30 mm. Oba tipa se razlikujeta po načinu odklanjanja elektronov; prvi tip elektronke ima elektromagnetni odklon in smo jo označili 2 MKEM, drugi pa elektrostatičnega in smo jo označili z MKES. Miniaturna katodna elektronka je po funkciji vakuumska slikovna elektronka z vgrajenim slikovnim zaslonom, združena z odklonskim sistemom in v zaščitnem elektromagnetnem oklopu, zalita v kompaktno enoto. Prerez in oznake osnovnih sestavnih delov so na sliki 1, Osnovni princip delovanja pa je poznan že vsaj stoletje, zato ga obnovimo na osnovnošolski stopnji, V stekleni vakuumski posodi imamo vročo katodo, iz katere Izhajajo elektroni, ki jih sistem elektronskih leč zbere, usmeri na zaslon, ta pa ob trkih z njimi zasveti. Na poti do zaslona periodično odklanjamo elektrone v prečnem magnetnem ali električnem polju, tako da dobimo osvetljeno celo ploskev zaslona. S spremembo jakosti elektronskega curka zapisujemo svetla in ČELMA PLOSKEV ZASLON TRETJA ANODA ODKLONSKE TULJAVE OKLOP DRUGA ANOOA DELOVNA ZASLONKA — TERtvIlČNA ZASLONKA GETER PRVA ANOOA MODULATOR KATOOA STEKLEN BALON SlUKONSKA GUMA DOVODNE ŽICE Stika 1: Prerez miniaturne katodne elektronke MKEM. Premer oklopa je 27,45 mm, dolžina brez dovodnih žic je 125 mm. temna mesta, ki jih zaznavamo kot sliko. Enostaven princip je omogočil razvoj, ki se kaže v vse boljši kvaliteti slike pri sprejemljivi ceni in mu še ni videti konca. Trije elektronski izviri, tri osnovne barve luminiscenčne snovi zaslona in senčna maska pred njim omogočajo nastanek barvne slike po istem principu. Našo miniaturno katodno elektronko lahko opišemo enako, le da je vse zelo pomanjšano, razen zahtev, ki so zaostrene. To velja tako za svetlost, pravilnost in ostrino slike, kot za kvaliteto vakuuma v njej. Realizacija razvoja tako zahtevne komponente, kakršna sta oba tipa elektronke, je možna v daljšem času in ob obvladovanju interdisciplinarnih znanj; od fizike gibanja elektrona, poznavanja vedenja ma- terialov v visokem vakuumu, do obvladovanja mikro-fotometrlčnlh in zahtevnih električnih meritev. Za vakuumista je verjetno zanimiva predstavitev vakuumskih zahtev in poti, po kateri jih zadovoljimo. Katodne elektronke delujejo s sprejemljivo življenjsko dobo le, če imajo ves čas obratovanja tlak nižji od 10"® mbar. Razlog je v pogostosti trkov ionov, ki ne smejo bistveno vplivati na občutljive dele elektronke (emisiv-nost katode, bombardiranje zaslona). Zviševa- nje tlaka v elektronki poslabša električne izolacijske sposobnosti (preboji med elektrodami), kar se zgodi navadno pri tlaku 10'^ do 10"^ mbar. Pri tem pa je vakuum še vedno skoraj idealen toplotni izolator in dopušča še vedno večini elektronov, da kljub trkom prispejo od katode do zaslona, vendar vzdrži katoda tako intenzivno bombardiranje le zelo kratek čas. Pri nadaljnjem večanju tlaka nastane v elektronki plazma in s tem njeno trenutno uničenje. Težko je napovedati, kakšen tlak v elektronki moramo ustvariti, da bo brezhibno delovala primeren čas. Spoznati je treba namreč procese, ki potekajo v prisotnosti razredčenih plinov v plinasti in trdni fazi in njihovo dinamiko. Prostornina elektronke (nekaj deset cm^) predstavlja pri tiaku 10'^ mbar izredno majhen, zaprt sistem, saj ga lahko izrazimo kot neznaten delec mase (—10"'^ g). Zaprt sistem navadno pomeni, da nima izmenjave delcev z okolico, kar je res pri dobri elektronki, saj puščanje In permeacija (prodiranje) plinov skozi stene skoraj ne prispevata k naraščanju tlaka. Merjeni končni tlak, ki se vzpostavi, predstavlja parne tlake materialov, ki se nahajajo v posodi, in ostanke plinov, t.l. preostalo ali residualno atmosfero. Resnično ravnovesje smo dosegli, ko se tlak pri dani temperaturi v daljšem času ne spreminja. Reakcije, ki določajo ravnotežje, so površinske in opisujejo tvorbo in razpad šibke kemijske ali fizikalne vezi med plinom in trdno snovjo, t.l. kemijsko in fizikalno adsorpcijo In desorpcijo. V prisotnosti električnih polj, vroče katode in curka elektronov postane elektronka živahen kemični reaktor, Med elektroni in molekulami prihaja do trkov, vzbujanja notranjih stanj in ionizacije. Nastali ioni pa v električnem polju pridobe veliko energijo, s katero sprožajo desorpcijo plinov na stenah in spremembo strukture vrhnje plasti materialov. Za ione, ki se znajdejo v elektronskooptičnem sistemu, veljajo isti zakoni kot za elektrone, za katere želimo, da prispejo s katode na zaslon. Negativni ioni tako bombardirajo zaslon, pozitivni pa katodo, ravno najobčutljivejša elementa celotnega sistema. Ravnovesni tlak se pri delovanju lahko spremeni, prav tako njegova sestava, četudi obstaja o vakuumskih materialih in metodah procesiranja elektronk obširna literatura, se je treba do znanja, kako Izdelati kvalitetno elektronko, dokopati z lastnim naporom. Na kratko podajamo postopke priprave delov elektronke, ki smo jih sicer med razvojem spreminjali, vendar so realen prikaz potrebnih faz. Vse kovinske sestavne dele elektronskega topa razen katode takoj po mehanski obdelavi, pred sestavljanjem, očistimo vseh maščob In drugih nečistoč. Uporabljamo kombinacijo čiščenja z detergenti in organskimi topili v ultrazvočnih kopelih, izpiranje v deionizirani vodi in sušenje v parah topil. Tako pripravljene dele v enostavnih orodjih točkasto zvarimo v podsklope, ki jih v vodikovi peči pri temperaturi 900-1000°C žarimo določen čas, da s površine odstranimo zadnje ostanke nečistoč in kovinskih oksidov. Tako pripravljene dele je treba v čim krajšem času vgraditi ali pa sliraniti v suhi atmosferi. Steklenih zunanjih delov elektronke ne moremo žariti pri takih temperaturah kol kovinske, zato moramo kemijske postopke čiščenja izbrati še bolj pazljivo. Zunanji del, t.i. balon, elektronke napravi steklopihač iz steklenih cevi, ki so pri MKEM različnega premera, slika 1, pri MKES pa enega samega, in vtali kovinsko prevodnico za zadnjo anodo. Spoj med čelno ploskvijo, na kateri je že nanesen zaslon. In cilindrom napravimo s 'Iritanjem". To je termični postopek, pri katerem se steklen prah (= frit), ki ga nanesemo z vezivom med spajana dela, transformira v zvezno steklasto maso. Tesnost spoja je enaka kot pri varjenih spojih, Takšen spoj se uporablja tudi pri spajanju zaslona, senčne maske In zadnjega dela steklenega balona pri barvni TV elektronki. Pri MKEM moramo z naparitvijo aluminija napravili kontakt med lumi-noforom, anodno provodnico In grafitom, ki sestavlja elektrostatsko lečo. Tako pripravljen balon elektronke steklopihač v stružnici zavari na podnožje, na katerem je že privarjen elektronski top. Podnožje Ima med pre-vodnicami črpalno cev, ki jo privarimo na vakuumski sistem. Med črpanjem moramo v elektronki vzpostaviti ravnotežni tlak v področju 10'® mbar, nakar aktiviramo katodo, vžgemo getre In odtalimo črpalno cev. Laboratorijski črpalni sistem, ki smo ga zgradili namenoma za črpanje elektronk, slika 2, Ima v kombinaciji naslednje črpalke: dve sorpcijski, turbo-molekularno z rotacijsko predčrpalko in ionsko getrsko. Vsaka od njih je izbrana po izračunih potrebnih črpalnih hitrosti in glede na prednosti, ki so za dano črpalko povsem specifične. Med njimi je pet visokovakuumskih ventilov, ki omogočajo z el