Optisch-elektrischer Wandler mit einer lichtdurchlässigen Metallelektrode und Verfahren zu seiner Herstellung. Optisch-elekt.risehe Wandler, wie beispiels weise Sperrschicht-Photoelemente und andere auf Licht ansprechende elektrische Instru- mente, weisen dünne, liehtdurehlässige Metall elektroden auf, welche eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit und eine möglichst gute Lichtdurchlässigkeit besitzen müssen, um dem Wandler einen guten )Virkungsgrad zii verleihen.
Als Metallelektroden werden z. B. bei Photoelementen besonders dünne Goldschich ten angewandt, da ihre Leitfähigkeit sehr gut und ihre chemische Beständigkeit. ausseror dentlich lioeh ist. Dünne Goldsehiehten. dieser Art haben eine Durchlässigkeit von etwa 50% des einfallenden Lichtes, Hierbei beträgt. die Absorption durch die Goldschielit selbst nur ungefähr 15%,
während die restlichen 35% durch Reflexion in Verlust geraten. Die Re- flexionsverluste treten vor allen) an der dein einfallenden Licht zugewandten Oberfläche der Goldschicht auf.
Die sieh damit. ergebende Aufgabe einer massgeblichen Erhöhung des Wirkungsgrades derartiger optisch-elektrischer Wandler mit lichtdurchlässiger Metallelektrode wird durch.
eine Ausbildung derselben<U>gelöst,</U> die siele erfindungsgemäss dadurch kennzeichnet, dass auf der dein einfallenden Licht zugewandten Oberfläche der Elektrode mindestens eine dielektrisehe Deekschieht angeordnet ist, deren Dicke und Brechzahl so gewählt sind, dass die an den Grenzflächen zwischen Luft und Deckschicht einerseits und die zwischen Deckschicht und Elektrode anderseits reflek tierten Komponenten des einfallenden Lich tes sieh für eine in der Mitte des Übertra gungsbereiches liegende Frequenz infolge In terferenz gegenseitig mindestens angenähert aufheben.
Weist die @eliielit aus einem Dielektrikinn oder aus mehreren Eielektriken dabei eine Dicke auf, die gleich einem. Viertel der Wel lenlänge des einfallenden Lichtes im Dielek- trikum. von einer in der Mitte des L bertra;
Zungsbereiehes liegenden Frequenz ist, so er halten die erwähnten Komponenten eine Pha senverschiebung von einer halben Wellen länge, so class sie sieh bei gleicher Grösse völlig auslöschen, womit die Reflexion zu -Null wird. Das gleiche wird erreicht, wenn die Dicke der Schicht einem ungeraden Vielfachen des ge nannten Wertes entspricht. Werden als der artige Eielektriken mechanisch und chemisch widerstandsfähige Stoffe gewählt, so besteht.
die llögliehkeit, die Metallelektrode ausser aus Gold und Silber auch aus elektrisch gut lei tungsfähigen, aber gegenüber Atmosphärilien weniger beständigen Stoffen, wie Kupfer und Kupferlegierungen, herzustellen.<B>E</B>s ist jedoch nicht erforderlich, die Dielektrikunisehicht als Sehutzschieht auszubilden. Es können auf der Deeksehieht auch Schutzschichten ange ordnet. sein, wobei diese so auszubilden sind.
dass sieh an den reflexionsvermindernden oder -beseitigenden Eigenschaften der dielekti-i- schen Deckschicht nichts ändert.
Unter mechanischer Widerstandsfähigkeit wird hier und im folgenden die Eigenschaft einer Schicht verstanden, gegen Reiben finit Tüchern, beständig zu sein, während unter chemischer Widerstandsfähigkeit die Bestän digkeit gegen den Angriff i-on Atmospliär ilien verstanden wird.
Das erfindungsgemässe Herstellungsver- fahren für einen erfindungsgemässen optisch elektrischen Wandler mit lielitdurelilässiger Metallelektrode kennzeichnet. sieh dadurch, dass auf der dem einfallenden Licht zuge wandten Begrenzungsfläche der liclitdureli- lässigen lIetallelektrode wenigstens eine aus mindestens einem Dielektrikum bestehende Schicht erzeugt wird, deren Brechzahl und Dicke so gewählt sind, dass die an der Grenz fläche zwischen Luft.
und Dielektrikum sowie die an der Crenzfläehe zwischen Dielektrikum und Metallelektrode reflektierten Komponen ten des einfallenden Lichtes sieh für eine in der Mitte des Ü bertragungsbereiches liegende Frequenz mindestens angenähert aufheben.
Das wird dadurch erreicht, dass die Dicke des Dielektrikums auf ein Viertel der Wellen- länge des einfallenden Lichtes von einer in der Mitte des Übertragungsbereiches liegen den Frequenz oder auf ein ungerades Viel faclies dieses Viertels bemessen wird.
_11s Dielektrika können beispielsweise 1Ie- talloxyde, ferner Siliziumoxd (SiO.) oder auch Siliziummonoxy-d (Si0), lIetallfluoride, wie Magnesiumfluorid (ligF"), lIetallsulfide, wie Zinksulfid (ZnS), Metallphosphide oder andere geeignete -Metallverbindungen aufge bracht %verden.
Zum Aufbringen der Deekscliieht ist. Ver dampfen im Vakuum und Niederschlagen auf der Metallelektrode besonders geeignet, ohne dass andere Aufbringungsverfahren ausge schlossen wären. Ebenso kann die dünne, licht durchlässige Metallelektrode durch Aufdamp fen im Vakuum, durch Kathodenzerstäubung, durch chemische Zersetzung oder therinisehe Behandlung erzeugt werden.
Praktische Versuelie haben gezeigt, dass durch Aufbringen einer dielektrisehen, prak tisch absorptionsfreien Schicht auf der dein einfallenden Licht zugewandten Begrenzungs- fläche einer teildurchlässigen Metallschicht eine Unterdrückung der Reflexion auf Werte eintritt, die annähernd Null betragen. Aus energetischen Gründen steigt wegen der so erzielten Verringerung der Reflexion die 'Durchlässigkeit des gesamten Gebildes, die nur durch die Absorption der metallischen Schicht begrenzt ist.
Die auf diese Weise erzielte Verbesserung der Lichtausbeute ist beträchtlich, und es ist klar, dass dabei auch der Wirkungsgrad eines mit einer derartigen Elektrode ausgerüsteten optiseh-elektrischen Wandlers steigt. Wegen der erzielten besseren Lichtausbeute kann ohne beachtliche Steige rung der Absorption die metallische Elek trode wesentlich dicker als bisher gemacht werden, so dass ihr elektrischer 'V#@'iderstand sinkt. Dann kann der über die Leitersehieht entstehende Querwiderstand gegenüber dem Längswiderstand der Sehieht vernachlässigt werden.
Durch die beschriebenen Massnahmen ist es möglich, die Empfindlichkeit elektrisch optischer Wandler und solche enthaltender Instrumente bedeutend zu steigern.
Vor allem ist. es möglich, in den Bereieli des linearen Zusammenhanges zwischen ein fallender Lielitintensität und erzeugtem Foto strom zu kommen. Es gab bisher keine Mög- licllkeit, Wandler mit diesem linearen Zusam inenhang planmässig herzustellen.
Es mass ten vielmehr aus der Produktion derartiger Wandler solche herausgesucht -erden, die zufällig so ausgefallen waren, dass die Schicht stärke gerade auf der Grenze zwischen eben noch hinreichender Lichtdurchlässigkeit einer seits und einigermassen ausreichender Lineari- tät anderseits lag. Das war aber nur bei einem verhältnismässig geringen Bruchteil in einer Serie erzeugter Elemente der Fall, so dass Wandler mit linearem Zusammenhang deshalb kostspielig waren, weil sie die Kosten der gesamten Serie tragen massten.
Die Er findung eröffnet den Weg, den Lichteinfall durch Verminderung des hohen Reflexions- cermögens der metallischen Elektrode so zu steigern, dass man sie wesentlich dicker ma chen kann als bisher, weil noch genug Licht durchgelassen wird. Dadurch aber sinkt der elektrische Widerstand auf den Wert, bei dem sämtliche erzeugten Wandler die ge wünschte Linearität zwischen Licht und Strom aufweisen.
Es könnten auch mehrere dielektrisclle Schichten übereinander angeordnet sein, um bestimmte, weitere optische Effekte zli er zielen.
Optical-electrical converter with a translucent metal electrode and process for its manufacture. Optical-electrical-sensitive converters, such as barrier layer photo elements and other light-sensitive electrical instruments, have thin, borrowed metal electrodes, which must have the highest possible electrical conductivity and the best possible light permeability in order to give the converter a good ) Give efficiency zii.
As metal electrodes, for. B. particularly thin gold layers applied to photo elements, because their conductivity is very good and their chemical resistance. is extremely lioeh. Thin golden tendons. of this type have a transmission of about 50% of the incident light, here is. the absorption by the gold schielite itself only about 15%,
while the remaining 35% is lost due to reflection. The reflection losses occur primarily on the surface of the gold layer facing the incident light.
You see with it. The resulting task of a significant increase in the efficiency of such opto-electrical converters with transparent metal electrodes is achieved by.
an embodiment of the same <U> solved </U> which characterizes according to the invention that at least one dielectric layer is arranged on the surface of the electrode facing the incident light, the thickness and refractive index of which are chosen so that those at the interfaces between air and cover layer on the one hand and the components of the incident light reflected between cover layer and electrode on the other hand cancel each other at least approximately for a frequency lying in the middle of the transmission range due to interference.
If the @eliielit made of one dielectric or several electric electrics has a thickness that is equal to one. Quarter of the wavelength of the incident light in the dielectric. from one in the middle of the L bertra;
If the frequency lies in the area of the tongue, the components mentioned have a phase shift of half a wave length, so they can be completely extinguished at the same size, so that the reflection becomes -zero. The same is achieved if the thickness of the layer corresponds to an odd multiple of the stated value. If mechanically and chemically resistant substances are selected as such electrical electrics, then there is.
the ability to manufacture the metal electrode from gold and silver as well as from materials that are good electrical conductors but less resistant to atmospheres such as copper and copper alloys. However, it is not necessary to design the dielectric layer as a protective layer . Protective layers can also be arranged on the cover. be, these are to be trained.
that there is no change in the reflection-reducing or reflection-reducing properties of the dielectric cover layer.
Mechanical resistance is understood here and in the following to mean the property of a layer to be resistant to rubbing finite cloths, while chemical resistance is understood to mean the resistance to attack by atmospheres.
The production method according to the invention for an optically-electrical converter according to the invention with a conductive metal electrode is characterized. see that at least one layer consisting of at least one dielectric is produced on the boundary surface facing the incident light of the licitdurelidable metal electrode, the refractive index and thickness of which are selected so that the surface at the boundary between air.
and the dielectric and the components of the incident light reflected at the edge surface between the dielectric and the metal electrode are at least approximately canceled for a frequency in the middle of the transmission range.
This is achieved in that the thickness of the dielectric is measured to a quarter of the wavelength of the incident light from a frequency in the middle of the transmission range or to an odd number of faclies of this quarter.
_11s dielectrics can, for example, metal oxides, silicon oxide (SiO.) Or silicon monoxy-d (SiO), metal fluorides such as magnesium fluoride (ligF ”), metal sulfides such as zinc sulfide (ZnS), metal phosphides or other suitable metal compounds .
To apply the Deekscliieh is. Evaporation in a vacuum and deposition on the metal electrode is particularly suitable without excluding other application methods. The thin, light-permeable metal electrode can also be produced by vapor deposition in a vacuum, by cathode sputtering, by chemical decomposition or thermal treatment.
Practical experiments have shown that by applying a dielectric, practically absorption-free layer on the boundary surface of a partially transparent metal layer facing the incident light, the reflection is suppressed to values that are approximately zero. For energetic reasons, the reduction in reflection achieved in this way increases the permeability of the entire structure, which is only limited by the absorption of the metallic layer.
The improvement in the light yield achieved in this way is considerable, and it is clear that the efficiency of an optical-electrical converter equipped with such an electrode also increases. Because of the better light yield achieved, the metallic electrode can be made significantly thicker than before without a noticeable increase in absorption, so that its electrical 'V # @' resistance drops. Then the transverse resistance that arises across the line of sight can be neglected compared to the longitudinal resistance of the line of sight.
By means of the measures described, it is possible to significantly increase the sensitivity of electrical-optical converters and instruments containing them.
Most of all is. it is possible to come within the range of the linear relationship between a falling Lielit intensity and the generated photo stream. Up to now there has been no way of manufacturing converters with this linear relationship on schedule.
Rather, from the production of such converters, those were sought out that happened to have turned out so that the layer thickness was just on the borderline between sufficient light permeability on the one hand and somewhat sufficient linearity on the other. However, this was only the case with a relatively small fraction of the elements produced in a series, so that converters with a linear relationship were expensive because they had to bear the costs of the entire series.
The invention opens the way to increasing the incidence of light by reducing the high reflection capacity of the metallic electrode so that it can be made much thicker than before because enough light is still allowed through. As a result, however, the electrical resistance drops to the value at which all the converters produced have the desired linearity between light and current.
A plurality of dielectric layers could also be arranged one above the other in order to achieve specific further optical effects.