DE1023075B - Verfahren zur Herstellung einer homogenen Halbleiterschicht fuer eine Aufnahmeroehre zur Sichtbarmachung von Roentgenbildern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen Halbleiterschicht für eine Aufnahmeröhre zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern, bei welcher die Halbleiterschicht von einem Röntgenstrahlenbüschel getroffen und mittels eines Elektronenstrahles abgetastet wird.

Bildsenderöhren, in denen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschicht Verwendung finden soll, sind aus der Fernsehtechnik bekannt. Es ist auch bereits bekannt, derartige Bildsenderöhren, insbesondere Ikonoskope, mit Halbleiterbildelektroden zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern zu verwenden.

Die bekannten Einrichtungen besitzen jedoch gewisse Nachteile, da der Bildschirm, der aus einer halbleitenden Verbindung bestehen kann, entweder grobkörnig ist, also eine schlechte Auflösung ergibt, oder nur einen geringen Prozentsatz der auffallenden Röntgenstrahlung absorbiert, was wiederum schlechte Wirkungsgrade zur Folge hat. Durch die Erfindung sollen die Nachteile vermieden werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen, Halbleiterschicht für eine Aufnahmeröhre zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern, bei welcher die Halibleiterschicht von dem Röntgenstrablbüschel getroffen und mittels eines Elektronenstrahls abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß feingemahlene Halbleiterkristalle in einer Lacklösung suspendiert werden und dieser Lack dann auf die Bildschirmfläche dar Röhre aufgetragen wird, wobei zur Erreichung der erforderlichen Dicke nacheinander mehrere Lackschichten übereinander aufgetragen werden.

Die Erfindung soll nun an Hand eines Anwendungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden, die beschriebene Einrichtung, außer dem halbleitenden Bildschirm, stellt dabei keinen Teil der Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt die Gesamteinrichtung zur Erzeugung sichtbarer Bilder;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch eine einem Ikonoskop entsprechende Bildzerlegerröhre, wie sie in Fig. 1 mit enthalten ist;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Schnittebene 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils der in Fig. 2 dargestellten Anordnung;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform der Bildzerlegerröhre;

Fig. 6 stellt den Schnitt längs der Ebene 6-6 in Fig. 5 dar;

Fig. 7 zeigt wiederum in größerem Maßstab einen Teil der Anordnung nach Fig. 5 im Schnitt und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Ebene 8-8 in Fig. 5.

Verfahren zur Herstellung
einer homogenen Halbleiterschicht

für eine Aufnahmeröhre
zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1953

John Edward Jacobs, West AlHs, Wis. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 enthält eine einem Ikonoskop entsprechende Bildzerlegerröhre 11, auf welche durchdringende Strahlen 12, beispielsweise Röntgenstrahlen, auffallen, die von einer geeigneten Strahlenquelle ausgehen und durch ihre Intensitätsverteilung über den Strahlenbüschelquersehnitt das Bild eines Objektes 13, das im Strahlen weg liegt, latent enthalten. Die Bildzerlegerröhre oder Bildabtaströhre vermag elektrische Impulse entsprechend dem latenten Bild zu liefern, da diese Röhre mit einer geeigneten Übertragungseinrichtung 14 und diese Einrichtung ihrerseits mit einer Bildwiedergaberöhre 15 nach Art der zur Wiedergabe von Fernsehbildern benutzten Röhren verbunden ist, so daß auf dem Schirm dieser letzteren Röhre das latente Bild sichtbar wird.

Die Bildwiedergaberöhre 15 besteht aus einem abgeschmolzenen Vakuumkolben mit großer transparenter Stirnfläche 16, beispielsweise einer gläsernen Stirnfläche, auf der sich ein Bildwiedergabeschirm 16' aus Flüoreszenzmaterial für Elektronenstrahlenerregung befindet. Der Glaskolben besitzt einen Hals 17, welcher einen geeigneten Elektronenstrahlerzeuger 17' enthält, der einen feinen Strahl 18 auf die Bildwiedergabefläche 16 auffallen läßt. Die Röhre 15 ist außerdem mit Strahlablenkmitteln von geeigneter oder gewünschter Form ausgerüstet, die beispielsweise auch aus in den Röhrenkolben eingebauten Ablenkplatten bestehen

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können. In der Zeichnung sind eine Strahlsarnmelspule 19 und Ablenkspulen 20 außerhalb des Röhrenkolbens dargestellt. Mit diesen Ablenkspulen wird der Strahl über den Leuchtschirm hinweg abgelenkt, und zwar nach einem bestimmten Ablenkschema, und erregt dabei den Schirm. Das Fluoreszenzmaterial des Schirms leuchtet somit entsprechend der wechselnden Intensität des Abtaststrahls auf. so daß durch die transparente Stirnwand 16 hindurch ein sichtbare:. Bild beobachtet ist.

Die Erzeugung dieses Bildes geht dabei natürlich unter Steuerung durch die wechselnden elektrischen Impulse, die am Strahlerzeuger 17' liegen und die Strahlintensität beeinflussen, vor sich und ferner unter

oder beiden Arten von Widerständen, die entsprechend der Intensität der auf diesen Halbleiter auftreffenden Strahlen schwanken. Der elektrische Wirkwiderstand und Blindwiderstand, und zwar der induktive und/oder der kapazitive Blindwiderstand, sind diejenigen Eigenschaften elektrischer Leiter, welche den Durchtritt von elektrischem Strom unter der Einwirkung einer elektromotorischen Kraft beeinflussen. Solange auf dem Halbleiter keine Strahlen auf-

treffen, besitzt er einen Scheinwiderstand, der so hoch ist, daß der Halbleiter als ein Isolator l>etrachtet werden kann, durch den überhaupt kein Strom hindurchtritt. Beim Auftreffen der Strahlen 12 sinkt der Scheinwiderstand des Halbleiters proportional der dem Einfluß der Sammelspule 19 und der Ablenkspulen 15 Strahlintensität, so daß der Halbleiter proportional 20, ebenso wie in einer Fernsehwkdergaberöhre. der Intensität dieser Strahlen leitend wird. Somit ver-

Zur Erzeugung der elektrischen Impulse für die leihen die Strahlen dem Halbleiter einen endlichen Steuerung der Rohre 15 enthält die einem Ikonoskop Scheinwiderstand oder beeinflussen den Scheinwiderentsprechende Abtaströhre 11 gemäß Fig. 2 und 3 einen stand des Halbleiters, und die Scheinwiderstandsabgeschmolzenen Vakuumkolben, der einen konus- 20 änderung vermag somit das Vorhandensein dieser Beförmigen Teil mit einer Stirnwand 22 besitzt, welche strahlung anzuzeigen.

dem Strahlenbüschel 12 zugekehrt ist. Das der Stirn- Der Scheinwiderstand des Halbleiters läßt sich

wand 22 abgekehrte Ende 23 des Kolbens trägt au natürlich durch Anlegen einer l>ekannten Spannung seinem linken Ende einen einspringenden Teil 25 für an den Halbleiter und durch Messung des dann aufdie Einschmelzstellen einer Reihe von Leitungen 26. 25 tretenden Stromes ermitteln. Dieser Strom gibt somit Der Kolben 21 enthält einem geeigneten Elektronen- ein Maß für die Intensität der auffallenden Strahlen, strahlerzeuger von beliebiger gewünschter Ausbildung, Diese Messung kann entweder direkt oder indirekt gewobei dieser Strahlerzeuger vorzugsweise innerhalb schellen oder auch, wie es hier der Fall sein soll, durch des Röhrenhalses 23 liegt. Dieser Strahlerzeuger wird Erzeugung einer Elektronenemission der Halbleiterüber die Leitungen 26-an die Einrichtung 14 ange- 30 schicht 31, wobei die Emissionsstromstärke jeder schlossen. Der Strahlerzeuger enthält natürlich eine Stelle der Halbleiterschicht 31 der auftreffenden In

geeignete Kathode und geeignete Elektroden zur Erzeugung eines feinen Strahls 28, der auf die Stirnwand 22 auf trifft.

Die Abtaströhre enthält außerdem Mittel zur Ablenkung des Strahls 28 über die Stirnwand 22 entsprechend einem gewünschten Ablenkschema. Diese Ablenkung kann mit Ablenkplatten innerhalb des Röhrenkolbens bewerkstelligt werden, vorzugsweise

tensität der Strahlen 12 entspricht, so daß diese Elektronenemission ihrerseits dem im Strahlenbüschel 12 enthaltenen latenten Bild entspricht.

Die Halbleiterschicht 31 soll vorzugsweise aus einem kristallinen Halbleitermaterial bestehen, z. B. aus dem Sulfid von Cadmium, Zink oder Quecksilber oder auch aus dem Selenid von Cadmium. Dieses letztere besitzt Verstärkereigenschaften, und die ge-

jedoch mit Ablenkspulen 29, die außerhalb des Röhren- 40 nannten Materialien zeigen ferner eine Elektronenkolbens, beispielsweise an der Stoßstelle des Röhren- emission, die proportional der Intensität der Strahlen

12 ist. Die Erfindung macht von derartigen kristallinen Halbleitermaterialien in Form einer verhältnismäßig dünnen Schicht 31 Gebrauch.

halses und des Röhrenkonus, liegen. Die Röhre kann ferner eine Sammelspule 30 auf dem Röhrenhals, angrenzend an die Ablenkspule 29, besitzen.

Auf der Stirnfläche 22 wird eine Schicht 31 aus auf 45 Um das latente Bild, welches in der Emissionsverdie durchdringenden Strahlen, beispielsweise die teilung über die Schicht 31 enthalten ist, in sichtbare

Form überzuführen, ist die Röhre 11 mit einem Kollektornetz 33 ausgerüstet, welches innerhalb des Konus 21 parallel und in einem bestimmten Abstand

Röntgenstrahlen, ansprechendem Halbleitermaterial
angebracht werden. Diese" Schicht 31 wird vorzugsweise auf der Innenseite der Stirnwand 32 angebracht.
Ferner soll diese Schicht 31 vorzugsweise auf einem 50 zur Schicht 31 liegt. Wenn der Strahl 28 die Schicht leitenden Überzug 32 angebracht werden. 31 überstreicht, macht er dort Elektronen frei, die

zum Netz 33 fliegen. Die Intensität der auf die HaIbleiterschicht auftreffenden Strahlen wird durch die Menge der zum Netz 33 fliegenden Elektronen in Einwand aus einem Stück bestehen. Die Innenfläche der 55 heiten der Spannung zwischen dem Netz 33 und der Stirnwand wird dann mit einer dünnen ,Schicht 32 Unterlageschicht 32 oder 32' gemessen. Um die frei aus Aluminium, aus Zinnchlorid oder aus einem anderen sich für die Auftragung als Schicht auf die
Stirnwand eignenden Stoff überzogen, und die Schicht
31 wird sodann auf der Schicht 32 angebracht.

Wie in Fig. 2 und' 5 dargestellt, können die Teile

Wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, können der Kolben 21 und seine Stirnwand 22 aus Glas hergestellt werden. Die Stirnwand 22 kann dabei mit der Kolbengemachten Elektronen zum Netz 33 zu erzeugen, wird eine geeignete Vorspannung, beispielsweise mittels der Spannungsquelle 35, über einen Widerstand 34 zwischen das Netz 33 einerseits und die Schicht 32 oder 32' andererseits gelegt.

Für die Anzeige von Röntgenstrahlen eignet sich Cadmiumsulfid besser als die anderen obengenannten Materialien. Cadmiumsulfid liefert nämlich bei

23, 24 und 25 aus Glas gefertigt werden, und die Stirnwand22 kann aus einer Metallplatte 32' bestehen, die am Rand mit dem Konus 24 verschmolzen ist. Die

Schicht 31 kann in diesem Fall unmittelbar auf der 65 gleicher Röntgenbestrahlung sehr viel mehr Elek-

Innenseite der metallischen Stirnfläche angebracht tronen als die anderen genannten Materialien. Zinksulfid ist in dieser Beziehung im Vergleich zu Cadmiumsulfid außerordentlich schlecht, da es bei gleicher Röntgenbestrahlerregung 100 OOOmal weniger Elek-

werden.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiter ein Material mit einem elektrischen Wirk

widerstand oder einem elektrischen Blindwiderstand 70 tronen liefert als Cadmiumsulfid. Jedoch kann Zink-

sulfid gleichwohl zur Anzeige von Röntgenstrahlen in den erfindungsgemäßen Abtaströhren benutzt werden, da es einen sehr viel höheren ohmseben Widerstand als Cadmiumsulfid besitzt, nämlich einen 100 OOOmal höheren spezifischen ohmschen Widerstand.

Bei der Freigabe von Elektronen seitens des Zinksulfidüberzugs nimmt die abgetastete Seite eines Zinksulfidkristalls ein positives Potential an, welches bei der Abtastung durch den Elektronenverlust bei seiner dieser Scheinwiderstand jedoch keineswegs gleichmäßig. Bei der Verwendung dieser Kristalle für die erfmdungsgemäßen Zwecke der Anzeige von Röntgenstrahlen traten daher beträchtliche Schwierigkeiten auf, da die einzelnen Kristalle trotz ihres gleichen Aussehens sich ganz verschieden verhielten.

Um die Schicht 31 in die Übertragungseinrichtung 14 einzuschalten, wird eine Zuleitung 36 gemäß Fig. 2 in die Wand des Kolbens 21 am Rand der Schicht 32

Sekundäremission entsteht, bis die Röntgenstrahlen- io eingeschmolzen und wird beispielsweise mittels eines absorption im Inneren des Kristalls neue Elektronen Graphit enthaltenden leitenden Anstrichs 37 mit dem lche

freisetzt, durch welche die auf der abgetasteten Kristallseite erzeugten Ladungen neutralisiert werden. Diese Neutralisation ist bei Zinksulfid langsamer als bei Cadmiumsulfid, und zwar wegen des höheren ohmsehen Widerstandes des Zinksulfids. In einer Zinksulfidscbicht findet somit eine Speicherwirkung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen.

statt, und zwar in einem erheblich größeren Umfang bei Cadmiumsulfid. Wegen dieser stärkeren Speirung ist Zinksulfid insgesamt etwa gleichwertig

dem Cadmiumsulfid, obwohl es, wie oben erwähnt, eine sehr viel geringere Elektronenzahl liefert.

Cadmiumsulfid und Quecksilbersulfid sowie Cadmiumselenid liefern bei Röntgenbestrahlung für jede Einheit der Änderung der Raumladung viele Tausende oder Hunderttausende von Elektronen und zeigen somit eine Verstärkerwirkung, die in gewöhnlichen Halbleitern, z. B. in Selen, nicht auftritt. Aus diesem Grunde arbeitet jeder Kristall eines Leiters, der Ver-Stärkereigenschaften besitzt, in ähnlicher Weise wie eine Elektronenverstärkerröhre.

Um auf der Schicht 31 eine· Elektronenemission zu erzeugen, kann diese Schicht einseitig in innigem Kontakt mit einem Überzug aus elektrisch leitendem Material 32 oder 32' erzeugt werden. Das kristalline Material, aus dem die Schicht 31 besteht, ist vorzugsweise fein verteilt und wird vor dem Aufbringen dieser Schicht pulverisiert. Zu diesem Zweck wird das Material in Pulverform oder Staubform mit einer geeigneten Flässigkeit als Träger und als Bindemittel vermengt, beispielsweise mit einem Lack, wobei darauf geachtet werden muß, daß der Träger oder das Bindemittel so stark verdünnt wird, daß es leicht Rand der Schicht 32 und somit auch 'mit der freien Oberfläche der Schicht 31 verbunden.

Wie in Fig. 7 dargestellt, kann die Metallwand 32' an ihrem Rande an einem metallischen Ring 38 befestigt werden, der seinerseits dicht an einem zylindrischen Ring 39 aus Metall anschließt. Dieser letztere Ring wird mit dem Kolbenglas verschmolzen. Die vom Ring 38 abgewendete Kante 40 des Ringes 39 wird angeschärft und mit dem Glase 24 des Kolbens verschmolzen. Bei einer derartigen Anordnung lassen sich Klemmen 36' mit dem Ring 39 oder dem Ring 38 verbinden, so daß die Schicht 31 im Inneren der Röhre an die Übertragungseinrichtung 14 angeschlossen werden kann.

Das A^Tetz 33 kann ein 100- bis 1000-Masehen-Netz sein, das in einem Kollektorring 41 auf der Innenfläche des Glaskonus 24 angebracht wird. Dieser Kollektorring kann eine Schicht aus leitendem Material, z. B. aus Silber, aus einem graphithaltigen Anstrich (z. B. einer kolloidalen Lösung von Graphit in Wasser) oder einem anderen leitenden Material sein, die als ein ringförmiges Band auf der Innenwand des Kolbens 24 aufgetragen ist. An einer Reihe von Punkten des Kolbenumfanges sind Zuleitungsdrähte 42 in die Kolbenwand eingeschmolzen und reichen durch den Kollektorring 41 hindurch, und der Rand des Netzes 33 wird mechanisch und elektrisch an diesen Drähten 42 befestigt. Mittels dieser Anschlußdrähte wird auch das Netz 33 mit der Übertragungseinrichtung 14 verbunden.

Gewünschtenfalls kann auf der Innenseite der Kolbenwand 24 eine Nachbeschleunigungselektrode,

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bestehend aus einem Überzug 43 aus leitendem Mateflüssig wird und somit die Mischung als dünner Über- 45 rial, beispielsweise aus einem Graphitanstrich, angezug auf der Metallwand 32' oder der Stirnwand 32 bracht werden, der von einer Stelle nahe am Kollekaufgetragen werden kann, je nachdem, ob die Stirn- torring 41 bis zum Ende des Röhrenhalses 23 in der wand auf ihrer Innenseite einen Überzug gemäß Fig. 2 Höhe des Strahlerzeugers 27 reicht. Der Strahlerzeu- und 4 besitzt oder selbst aus Metall besteht wie in ger 27 enthält eine erste Anode 44 und eine zweite Fig. 3 und 5. Bei der Anordnung nach Fig. 2 besteht 50 Anode 45, die ihrerseits mit der Nachbeschleunigungs-

der Überzug 32 aus einem leitenden Material, z. B. Molybdän, aus Silber, aus Aluminium oder aus einem anderen Metall, welches auf die Glaswand 22 aufgedampft oder aufgesprüht wird.

Der Lack mit dem suspendierten kristallinen Material kann auf den Metallüberzug 32 oder die Metallwand 32' auch aufgestrichen werden. Dieser Überzug wird dann in Luft bei gewöhnlicher Temperatur etwa Stunden lang getrocknet. Erfindungsgemäß wird eine weitere Schicht oder können weitere Schichten aufgetragen oder getrocknet werden, um die kristalline Schicht in der nötigen Dicke zu erhalten.

Zur -Erzeugung eines Bildes aus der Elektronenemission der kristallinen Schicht muß jeder Kristall oder jedes Kristallbruchstück in der Schicht 31 bei Erregung durch die Strahlen 12 einen Scheinwiderstand besitzen, der ebenso groß wie der Scheinwiderstand aller anderen Kristalle oder Kristallbruchstücke in der Schicht ist. Bei den bisher zur Verfügung stehenden Kristallen der erwähnten Substanzen ist elektrode 43 über Kontaktfedern 46, beispielsweise aus Federstahl, verbunden ist, welche die zweite Anode 45 sowohl abstützen als elektrisch mit der Nachbeschleunigungselektrode 43 verbinden. Ein oder mehrere Drähte 47, die in die Wand 24 eingeschmolzen sind und mit der Nachbeschleunigungsanode 43 in Verbindung stehen, dienen zur Erdung dieser Nachbeschleunigungsanode oder zu ihrem anderweitigen Anschluß. Es kann ferner zweckmäßig sein, auf der Röhre einen äußeren Überzug von elektrisch leitendem Material, beispielsweise einen Überzug aus einer kolloidalen Lösung von Graphit in Wasser oder einem ähnlichen Graphitanstrich, anzubringen, diesen äußeren Überzug zu erden und von den Drähten 36 und 42 zu isolieren.

Im Betrieb der Abtaströhre entsteht am Widerstand ein dauernd schwankendes Potential vermöge der Sekundärelektronenemission der Schicht 31. Diese schwankende Spannung entspricht genau dem auf der Schicht 31 durch die Strahlen 12 erzeugten Bild. Die

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schwankende Spannung kann somit zur Steuerung der Intensität des aufzeichnenden Elektronenstrahls 18 in der Röhre 15 benutzt werden.

Die Röhre eignet sich somit zur Aufnahme latenter Bilder und zur Übertragung derselben auf eine gewöhnliche Fernsehwiedergaberöhre. Der erfindungsgemäße strahlenempfindliche Schirm kann Cadmiumsulfid, Ouecksilbersuilfid, Zinksulfid oder Cadtniumselenid enthalten, wobei vorzugsweise Cadmiumsulfid als strahlenempfindliches Material benutzt werden soll.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verfahren zur Herstellung einer homogenen Halblei'terschicht für eine Aufnahmeröhre zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern, bei welcher die Halbleiterschicht von dem Röntgenstrahl-

   büschel getroffen und mittels eines Elektronenstrahls abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß feingemahlene Halbleiterkristalle in einer Lacklösung suspendiert werden und dieser Lack dann auf die Bildschirmfläche der Röhre aufgetragen wird, wobei zur Erreichung der erforderlichen Dicke nacheinander mehrere Lackschichten übereinander aufgetragen werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 866 802;
   britische Patentschrift Nr. 582 304;
   deutsche Patentanmeldungen B 3391 VIIIa/21a¹; E 2345 VIIIa/21 a*; T 5197 VIII a/21 a*;
   »RCA-Review«, Sept. 1946, S. 361;
   »Die Naturwissenschaften«, 1946, H. 9, S. 281. 282.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen