DE1256808B

DE1256808B - Elektrische Entladungsroehre mit einer Photokathode

Info

Publication number: DE1256808B
Application number: DEN27690A
Authority: DE
Inventors: Johannes Van Laar; Jacob Jan Scheer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-12-02
Filing date: 1965-11-27
Publication date: 1967-12-21
Also published as: US3387161A; AT255506B; DK120403B; SE325968B; NL147572B; ES320158A1; GB1086228A; BE673078A; NL6413961A; CH441527A

Description

HOll

DEUTSCHES VMVWi- PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21g-29/20

Nummer: 1 256 808

Aktenzeichen: N 27690 VIII c/21 g

1 256 808 Anmeldetag: 27.November 1965

Auslegetag: 21. Dezember 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit einer Photokathode, deren emittierender Teil aus einem p-leitenden mit einem Alkalimetall oder Alkalimetalloxyd aktivierten Halbleiter besteht.

Die bekannten Photokathoden der obenerwähnten Zusammensetzung weisen eine verhältnismäßig große Rotempfindlichkeit auf, während die maximalen Quantenausbeuten durchschnittlich 20°/o betragen können. Zum Beispiel ist für eine Photokathode mit der Zusammensetzung Cs₃Sb die Rotgrenze gut 6300 ÄE, und die maximale Quantumausbeute von etwa 20% ^w'^r(i nach einer schnellen Steigung der Empfindlichkeitskurve bei etwa 4200 ÄE erreicht. Für eine Photokathode der Zusammensetzung Na₂KSb—Cs liegt die Rotgrenze zwar bei etwa 8500 ÄE, aber die Empfindlichkeitskurve steigt nur langsam mit abnehmender Wellenlänge, so daß die maximale Quantenausbeute von fast 40% erst bei etwa 4200 ÄE erreicht wird. ao

Im obenstehenden wurde als Rotgrenze diejenige Wellenlänge angenommen, bei der die Quantenausbeute 1% der maximalen Ausbeute der Empfindlichkeitskurve beträgt. Die Rotgrenze gibt also keinen Absolutwert für die Empfindlichkeit bei dieser Grenze an.

Die Rotgrenze stark p-leitenden Siliziums liegt etwa bei 5000 ÄE, aber die maximale Quantenausbeute ist für praktische Anwendungen um einige Größenordnungen zu niedrig.

Die Erfindung hat den Zweck, Photokathoden anderer Zusammensetzung zu schaffen, die gleichfalls eine günstige Rotgrenze aufweisen.

In einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Photokathode, deren emittierender Teil aus einem p-leitenden mit einem Alkalimetall oder Alkalimetalloxyd aktivierten Halbleiter besteht, besteht nach der Erfindung der Halbleiter aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung oder aus Mischkristallen solcher Verbindungen mit einem Bandabstand zwischen 1,1 V und 1,6 V. Wie üblich, wird unter einer AIII-BV-Verbindung eine intermetallische Verbindung eines der Elemente (AIII) der III. Gruppe des Periodischen Systems Bor, Aluminium, Gallium, Indium einerseits mit einem Element (BV) der V. Gruppe des Periodischen Systems Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon andererseits verstanden. Bei Mischkristallen ist die Menge an AIII-Atomen nahezu gleich der Menge an BV-Atomen. Vorzugsweise besteht diese AIII-BV-Verbindung aus Galliumarsenid mit einer Akzeptorkonzentration von mindestens 1 · IO¹⁸ pro Kubikzentimeter, vorzugsweise Elektrische Entladungsröhre
mit einer Photokathode

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. D. Zeller, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Johannes van Laar,

Jacob Jan Scheer, Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 2. Dezember 1964 (64 13 961)

mindestens 1 · IO¹⁹ pro Kubikzentimeter. Die maximale Konzentration beträgt etwa 1 · IO²⁰. Auf diese Weise wird eine Photokathode erhalten, deren maximale Quantenausbeute mindestens gleich der der bekannten rotempfindlichen Kathoden ist. Die Rotgrenze liegt aber bei einer erheblich längeren Wellenlänge als im Falle der bekannten Photokathode, und infolge der schnellen Steigerung der Empfindlichkeit bei abnehmender Wellenlänge weist die Empfindlichkeitskurve am Langwellenende einen steilen Verlauf auf.

Bei einer günstigen Zusammensetzung der Photokathode in einer elektrischen Entladungsröhre enthält das Galliumarsenid 4 · IO¹⁹ Zinkatome pro Kubikzentimeter. Die Rotgrenze liegt dann bei gut 9200 ÄE, und die maximale Quantenausbeute von etwa 40% wird bereits bei etwa 6000 ÄE erreicht.

Außer Zink können auch Kadmium, Quecksilber, Tellur oder andere in Galliumarsenid eine p-Leitfähigkeit herbeiführende Elemente eingebaut werden.

Das Galliumarsenid kann höchstens einige Prozente Galliumphosphid oder Galliumantimonid enthalten.

Der emittierende Teil der Kathode kann z. B. die Form eines im Vakuum oder an der Luft aufgespaltenen Einkristalles oder die Form einer aufgedampften Schicht aufweisen.

Eine elektrische Entladungsröhre mit einer Photokathode gemäß der Erfindung kann aus einer Photozelle, einem Photovervielfacher, einem Bildverstärker,

709 709/379

Claims

einem (Bild-) Ikonoskop, einem (Bild-) Ortikon oder einer anderen beliebigen Entladungsröhre mit einer Photokathode bestehen. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen die Fig. 1 bis 4 einige Entladungsröhren mit einer Photokathode nach der Erfindung zeigen und F i g. 5 einige Kurven zum Vergleich der Empfindlichkeiten der unterschiedlichen Photokathoden darstellt. In F i g. 1 ist am Quarzkolben 1 ein beweglicher Metallteil 2 vakuumdicht befestigt. Dieser Metallteil trägt ein Stahlmesser 3, mit dem ein Teil des Galliumarsenidkristalles 4 abgespaltet ist, so daß eine reine Galliumarsenidoberfläche erhalten wird. Auf diese Oberfläche wird von einer nicht dargestellten Quelle her eine nahezu mono-atomare Cäsiumschicht 5 aufgedampft. Die Platte 6 dient als Anode. In F i g. 2 ist im Kolben 7 eine gekrümmte Molybdänplatte 8 angeordnet, auf die eine mit 9 bezeichnete Galliumarsenidschicht mit einem Gehalt von 1Ii0Io Galliumphosphid aufgedampft wird. Auch in diesem Falle befindet sich wieder eine nahezu monoatomare Cäsiumschicht auf dem Galliumarsenid. Die Anode ist mit 10 bezeichnet. In F i g. 3 ist auf die flache Vorderseite 11 des Kolbens eine Galliumarsenidschicht 12 mit einer Stärke von 1000 ÄE aufgedampft, die mit Cäsium aktiviert ist. Eine Anzahl von Vervielfacherelektroden 13 und eine Anode 14 bilden das weitere Elektrodensystem. In F i g. 4 ist auf das flache Ende 15 des Kolbens eine Galliumarsenidschicht 16 als lichtempfindlicher Teil eines Ikonoskops aufgedampft. Von den übrigen Elektroden ist nur die thermische Kathode 17 dargestellt. In F i g. 5 sind als Funktion der Wellenlänge des Lichtes in Ängström-Einheiten die Quantenausbeuten in Prozenten aufgetragen. Die Kurve I gilt für einen Einkristall aus mit Cäsium aktiviertem Galliumarsenid. Die Kurve II gilt für eine Na2KSb—Cs-Kathode, die Kurve III gilt für eine Kathode von Cs3SB. Es ist deutlich ersichtlich, daß die GalIium- arsenidkathode eine sehr günstige Quantenausbeute» eine besonders langwellige Rotgrenze und eine steil ansteigende Empfindlichkeitskurve hat. Die Lichtausbeuten für weißes Licht sind für die den Kurven I, II und III entsprechenden Photokathoden nahezu μΑ/lm, 150 μΑ/lm bzw. 50 μΑ/lm. Patentansprüche:

1. Elektrische Entladungsröhre mit einer Photokathode, deren emittierender Teil aus einem p-leitenden mit einem Alkalimetall oder Alkalimetalloxyd aktivierten Halbleiter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus einer stark p-leitenden AIII-BV-Verbindung oder Mischkristallen solcher Verbindungen mit einem Bandabstand zwischen 1,1 V und 1,6 V besteht.

2. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AIII-BV-Verbindung aus mit Cäsium aktiviertem Galliumarsenid mit einer Akzeptorkonzentration von mindestens 1 · IO¹⁸ pro Kubikzentimeter, vorzugsweise 1 · IO¹⁹ Kubikzentimeter besteht.

3. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptoren aus Zink, Kadmium, Tellur oder Quecksilber bestehen.

4. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptorkonzentration 4 · IO¹⁹ Zinkatome/cm³ beträgt.

5. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Galliumarsenid höchstens einige Prozente Galliumphosphid oder Galliumantimonid enthält.

6. Elektrische Entladungsröhre mit einer Photokathode nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der emittierende Teil der Kathode die Form eines im Vakuum oder an der Luft aufgespalteten Einkristalles aufweist.

7. Elektrische Entladungsröhre mit einer Photokathode nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der emittierende Teil die Form einer aufgedampften Schicht hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen