DE1489146A1 - Photoempfindliche Vorrichtung - Google Patents
Photoempfindliche VorrichtungInfo
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Description
Patentanwalt
Anmelder: N. V. PHIUPS' 6L0EIUMPENFABBIEKEN
Ate, BH 18.280
Anmeldung vom: 60 März 1964PhOtOeUiPf inäl j ehe Vorrichtung.
1489U6
Die Erfindung uetrifft eine phot oeinpfir.dii ehe Vorrichtung
mit einer auf einem Träger angeor.ichten Schicht aus tho·
toernpf indli chem Vateriul, due nach Wahl mehr oder weniger £ufc
leitend oder eigenleitend gewählt werden kann, woüei dip photoempfindliühe
Schicht ir; rticht.ing ihrer Stürke hir.tereirianäerli«-
^ende Zonen verschiedener elektrischer Leitfähigkeit besitzt
und weiter Kittel vorhanden sind, durch welche elektrischer "trom uuf oeiden Seiten der Schicht zugeführt werden kann.
Jei einer üftivur.nten Vorrichtung eir.^nngR erwähnter
Art üifc eile Vidikon-AufriuhmerfJhre ausgestaltet und mit einer
photoempfindlichen Auftreffplatte aus JIeimonoxyd (PnOj vergehen
ist, hat die Auftreffplatte bei einer Stärke von etwa 5 Ai n· hirtereinundei*
liegende Zonen entgegengesetzten Lcitfähiö-keitstypsf
wodurch mindestens ein flachenffJrmiger p-n-Ueberganij geach.tffen
und damit ein niedriger Dunkelr.trom erzielt wird.
Die iirfindung bezweckt eine Vorrichtung eingangs erahnter
Art zu schiffen, dsren Empfindlichkeit ftlr kurzwellige
Strahlung im Vergleich zu der .empfindlichkeit für langwellige
Strahlung um einen kleineren oder grUaaeren Teil unttrdrtickt ist.
Die Erfindung bezweckt insbesondere eine photoempfindliche Vor-
<
S richtung zu schaffen, die im wesentlichen für Strahlung in dem
S richtung zu schaffen, die im wesentlichen für Strahlung in dem
§ roten bz*. infraroten Teil des Spektrums empfindlich ist.
< ßie ürfindunt; liegt die Erkenntnis zugrunde, duss ein
eo Teil der photoempfindlichen Schicht, der bei der Anlüge einer
ο
*£J elektrischen Spannung an die Schicht praktisch feldfrei bleibt,
o üls optisches Filter fUr einen in der Strahlungerichtung hinter
ο diesem Teil liegenden, nicht feldfreien Teil dw Schicht dienen
cn ■
^ kann, da ea im wesentlichen die im zuletzt genannten Teil auegelöstwn
Ladungsträger sind, welche den im Uu3seren Kreis feststen·
baren Strom lieffern.
^emäss der Ilrfir.dung hat eine Vorrichtung eier eingangs
erwähnten Art das Merkmal, dasj die photoeinpfindliehe
Schicht uusser einer mindestens einige Aim starken Zone (eigenleitenden Zone; aus eigenleitendem oder nahezu eigenleitendem
Material mindestens eine sich diese anschliessende, die Schicht
auf einer 3eite oegrenzende Zone (Llektrodenzone) aus dem gleichen
photoemjifir.dlicihen föuterij.1, wobei das Material dieser letzten
Zone derart stark p- oder n-leitfähig ist, dass sie als verhältnisinüssig
gut leitend und daher als Stromzuführungaelektrode
fiir die ei^enleitende Zone uetraohtet werden kann, welche Elektrodenzone
weiter bei Bestrahlung der feigenleitenden Zone durch die Clektro'Jeuzone als optisches Filter wirksam ist. Vorzugsweise
ist bei eirer weiteren Ausbildung der Erfindung der Leitfahigüeitst.'/p
einer iiektrodenzone (n- bzw. p-TypJ der im 3etrieb
der Vorrichtung verwendeten Art der Stromzuführung (positiv bzw.
negativ) an der von der betreffenden elektrodeηzone geoildeten
Oberfläche der photoempfindlichen Schicht entgegengesetzt, was
bedeutet, dass eine eolche xilektrodenzone, wenn sie auf derjenigen
Seite der photoempfindlichen Schicht liegt, an der im Betrieb
der Vorrichtung Elektronen zugeführt und/oder aus welcher Löcher abgeführt werden, (negative Stromzuführung), p-leitfähig
o ißt, während eine solche Zone auf derjenigen Seite der photoemp-
co findlichen Schicht, welche im Betrieb eine gegenüber der anderen
° Seite der Schicht positive Spannung führt (positive Stromzuführung
ty, d.h. Zuführung von Löchern und/oder Abführung von Elektronen) n-
«α Leitfähigkeit aufweisen soll. Durch diese Maasnahme wird der
Dunkelstrom durch die Schicht niedrig gehalten. .
Di e Erfindung wird jn Hand der Zeichnung mit zwei
Ausführungjeispielen nMher erläutert, in der Zeichnung zeigt
Fig.1 scheznatisch einen Querschnitt, einer als I»'.ehrschichtenzelle
ausgebildeten Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig.2 schematisch einen Längsschnitt durch eine als
Vidikon-Aufnahmeröhre ausgebildeten Vorrichtung gemäss der Erfindung,
und Fig.3 in vergrößertem Laastab eiren Teil des
Querschnittes der in der tiöhre nach Fig.2 vorhandenen Huftreffplatte.
In allen Figuren und insbesondere in den Figuren 1 und 3 sind verschiedene Abmessungen, insbesondere Stanceabmessung
en sehr abwe.chend von ihren wirklichen Verhältnissen dargestellt Sofern nützlich, sind nachstehend für verschiedene Abmessungen
praktische Zahlen angegeben.
j3ei d'er in Fig.1 in einem Querschnitt dargestellten
Photovriderstandszelle ist auf einem isolierenden durchsichtigen
Träger 1 eine flllchenförmige durchsichtige Elektrode 2 angebracht,
mit welcher ein nach Fig.1 aer rechten Seite abgebildeter, an
dem Träger 1 befestigter, zur Stromzuführung dienender Kontaktstift 3 elektrisch verbunden ist. Der Träger besteht vorzugswei-
CD se aus 51us, in welchem Falle die Elektrode 2 aus einer leitenden
ο
(O Zinnoxyd schicht bestehen kann. In anderen Fällen oder auch statt
oo
"^ des Zinnoxyds Kurin eine sehr dünne 'Schicht auf jedumpften I>Ietallesf
ο 7..i3. jOides,
<Jie ^.leKtrode 2 bilden.
op Ueber die Dlektroae 2 und teilweise neben ihr auf der
•!innen Seite erstreckt sich eine Schicht 4, die im wesentlichen
■»us eineiri -.hotoeiuj.fiiiiil loht.r; 1,'ateriul UcMteiit, daa n;t.;h -V^hI
BAD ORIGINAL
mehr oder weniger gut leitend oder eigenleitend bzw. nahezu
eigenleitend gewählt werden kann. In dem vorliegenden Falle besteht die Schicht 4 im wesentlichen aus Bleimonoxyd (PbOJ; sie
hat eine Stärke von etwa 230 um. Ueber die Schicht 4 erstreckt eich eine zweite durchsichtige Elektrode 5, die eich auf der
linken Seite auf dem Träger 1 fortsetzt und an dieser Stelle
mit einem zweiten Kontaktstift & verbunden ist, der auch in dem
Träger 1 befestigt ist. Die Elektrode 5 kann aus einem dünnen ■k Schicht aufgedampften Metalles, z.B. Soldes oder Silbers, bestehen. Die von den elektroden 2 und 5 und der zwiachenliegendei*,
photoempfindliuhen Schicht 4 geoildete Anordnung ist gegen -öfe
freie JUift durch eine ringsum mit dem Hand des Trägers 1 befes-
- tigte Kappe 7 aus durchsichtigem Material verschlossen. Die Kappe 7 kann aus dem gleichen Material wie der Träger 1 beetehen·
Die photoempfindliche Schicht 4 besteht aus zwei sich aneinander anschliessenden Teilschichten 8 und 9, von denen
die Teilschicht ϋ sioh auf der Seite des Trägere 1 und die Teilschicht 3 sich auf der Seite der Elektrode 5 befindet. Die Teilschicht ti besteht aus photoempfindlichem Material, das durch
starke Abweichung von der stuchiometrischen Zusammensetzung oder
durch .Einbau geeigneter Dotierungsstoffe entweder eindeutig nleitfähig oder eindeutig p-leitfähig ist, in dem Masse, dass die
Q Teilsohicht 8 als eine negativ gut leitend· Schicht betrachtet
α? werden kann. Die Stärke der Teilschicht .8 ist etwa 130 jum, die
ό der Ttilachicht 9 somit etwa 100 im.
° Bei Anwendung von Bleimonoxyd ale Material für die
^4 Schicht 4 kann starke p-Leitfähigkeit der Teilsohicht ö durch
iinüau einer verhältniamUssig grossen Menge zusätzlichen Sauer- .
atoffts oder eines p-Leitfähigkeit "bewirkenden Elementes, ζ·i3.
Thallium, in dieses Tell erzielt werden. Die Teileohioht 8
kann statt stark p-Mtffläi« auch stark n-leitfählg sein, s.B.
indem in diese Teileohioht eine verhältnlsmässig gross· Meng·
eines n-Leitfänigkelt bewirkenden Elementes, s.B. Wismuts oder
Antimons eingebaut ist oder die Teilechicht in einem starken Uebermass Blei enthält.
Die Teilschieht 9 besteht aus einem Material, das im Gegensatz su dem Material der Teileohioht 8 keine eindeutig· p-
oder n-Lelt festigkeit aufweist, sondern sich im wesentlichen
eigenleitend oder nahezu eigenleitend verhält. Biese kurs "eigenleitend" genannt· Teilechicht 9 kann dadurch erhalten werden,
dass auf die vorher aufgedampfte Teilechicht 8 Blelmonoxyd In
einer Atmosphäre aufgedampft wird, dl· ausser Sauerstoff ein
n-Leitfählgkelt bewirkendes Gas, »· B. Wasserdampf, enthält.
Die Drück· des Sauerstoff·· und des η-formenden Gases in dieser Atmosphäre sind derart aufeinander eingestellt, dass* die
In die Schicht susätslieh aufgenommenen Mengen an Sauerstoff
und dem n-Leitfänlgkelt bewirkenden Gas eioh am Ende gegenseitig praktisch ausgleichen. Ein solches Verfahren sum Erzeugen einer eigenleitenden Schicht, die im wesentlichen aus
einer Metall-Sauerstoff -Verbindung besteht, ist Gegenstand der gleichseitig eingereichten Patentanmeldung "Phetoeapfindlichs Vorrichtung mit einer auf einem Träger aufgedampften
photoempfindlichen Schicht und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung" (Meine Aktes PH 18.278) der Anmelderin. Zum Erzielen einer erhöhten Retempfindlichkeit a
der Teilechicht 9 1st vorzugsweise in diese Schicht noch Sohwefel, Selen oder Tellur eingebaut.
Für den Betrieb der beschriebenen PhotοWiderstandszelle werden die Kontaktstifte 3 und 6 mit einer Glelohspannungsquelle verbunden, wobei der Stromkreis wie üblich Mittel
enthält, um nach einer etwaigen Verstärkung den die Zelle durchflieBeenden Strom feststellen su können. Wenn die Teil*
schicht
909810/0587
stark n-leitfähig iet, wird die Zelle derart an die Gleichspannung angeschlossen, dass der Kontaktstift 3 eine positiv« Spannung gegen den Kontaktstift 6 hat, so dc*ss die j£Lfktrod· 2 die
positive Stromzuführung an die photoempfindliohe Schicht 4 versorgt. Ist dagegen die Teilschicht 8 stark p-leitf&hig, ao wird
die Zelle umgekehrt an die aieichspannunga-iuelle angeschlossent
so dass die Elektrode 2 in diesem Falle die negative 3tromzu- ·
führung versagt.
Bei Bestrahlung der photoempfindlichen Schicht 4 durch den Träger 1 absorbiert die "eilschicht 8 praktischnalle
ultraviolette und sichtbare Strahlung mit eine*· kürzeren Wellenlänge -ils Hot, s,o dass die Teilsehioht ^ de dig lieh duroh; Äöt und
Strahlung mit längerer Wellenlänge erreichbar iat. üuroh die ein«
fallende Strahlung werden aowhl in der Teilschicht ft als auch
in der Teilaohicht 3 Ladungsträger ausgelöst. Da jedoch dli
Teileohicht 8, wie vorstehend erwähnt, mehr oder *%nbger leitend
und infolgedessen kein elektrisches Feld in dieser Schicht vorhanden ist, liefern die in dieser 7eilachicht ö ausgelöst·«
Ladungsträger keinen Beitrag zu dem im äuaseren Stromkreis feststellbaren Strom, der daher im wesentlichen von den in der Teil-
ο echicht 9 ausgelösten Ladungsträgern stammt. Die Photowider-
«> etandsz·!!· ist daher bei Strahlung durch den Träg*r 1 im we-JJ «entliehen empfindlich für Strahlung, die nur in bögren^td*
cn maes in der Teilechioht ö aaeorbiert wird. Im vorliegenden
«^» iet ate empfindlich für rote bzw. infrarot« 3truhl«n. Auch
rtönt^enstrahlen oder andere ähnliche hart« Strahlen können
41· TtllfohlQht 8 dt· Teiliohiuht 9 err«iaH«at ·# d»«e dl·
aueh für diese Strahlen bei der beschriebenen j3e strahlungsweise
empfindlich ist.
Wird Strahlung von der anderen 3eite her <»uf die
photoempfindiiohe Schicht 4 gerichtet, ^lso durch die Kappe J1
so wird die Teilachioht '9 nicht mehr optisch von der Teiiachioht
ö abgeschirmt, so da3s die Phutowiderst.-*ndazelle in diesem Falle
auch f'lr Strahlung empfindlich i3t, für welche das phot ©empfindliche
Matex'ial zwar empfindlich ist, aoer die beim Einfall der
Strahlung durch den Träger 1 praktisch vollständig in der Teiischicht
M absorbiert wird. Je nach dem gewünschten ümpiindlichkeitageci^t
kann daher die photoetnpfindliche Schicht 4 durch
den !träger 1 oder durch die Kappe 7 oeatrahlt «erden.
Die Fig. 2 und 3 erläutern eine Aufnahmeröhre des
Vidikon-Typs, die einen entlüfteten, lungge-a treck ten zylindrischen
Kolben 11 aua 3Liβ hat. Das linke Lnde des Kolbens 11 ist
durch einen GrIa.a-faa3 12 verschlossen, in dem Anaohlusatiäe 13
angebracht sina. Diese Ar.£i<jhluaatifte sind mit verschiedenen
!Teilen eines an diesem Ende des Kolbens 11 angebrachten Elektrodensystem K verbunden. Dieses Bchemaclt.u.i angedeutete Elektroaens^stem,
das unter tnaarem eine Kathode 15» ein Steuergitter
1b und eine gelochte, elektrisch mit einer Wandelektrode 18 verbundene
Anode 1( enthält, kann einen Elektronenstrahl 19 erzeu-
° gent durch den eine am anderen .Ende des Kolbens 11 angebrachte,
" photoleitende Auftreffplatte 20 abgetastet «erden kann. Die Aufo
tr« ff platte 20 besteht im wesentlichen aus dleiwonoxyd CPbO), dal
ο
<*» auf eine durchsichtige, elektrisch gut leitende Signaleiektrode
oo . -
^ 21 aufgedampft ist, die aich Über die Innenseite des durch das
rechte iinde den Koloena 11 gebildeten i^enstera 22 erstreckt.
. ' ■ -. ,' BAD ORIGINAL
U89146
Die Signalelektrode 21 kann aus einer sehr dünnen Schicht aufgedampft en Ketal Ie st z.3. Soldes oder auch, wie dies bei Bohren
dee Vidikon-Typs üblicher ist, aus Zinnoxyd bestehen. Mit der
Signalelektrode 21 ist durch eine durch die Wand öes Kolben«
geführte Stromzufuhrungsleitung 23 verbunden. Um elektrische Signale zu erhalten, die dem Bild entsprechen, das z.J. mittele
eines in Pig.2 scheaiatiaoh durch eine Linse 24 dargestellten
optischen Systems durch das Fenster 22 und die Signalelektrode 21 auf die Auftreffplatte 20 projiziert wird, werden geeignete
Spannungen den Elektroden des Systems 14 und von einer Spannungsquelle 25 über einen Signalwiderstand 26 der Signalelektrode 21 eine gegen die Kathode 15 der Röhre positive Spannung
• von 10 bis 100 V, z.B. 40 V, zugeführt wird. Mittels der üblichen Ablenk- und Fokussierungsapulen um die Köhre, die in Fig.2
gemeinsam durch 27 bezeichnet sind, wird dem .Elektronenstrahl
eine Bewegung zum Abtasten der freien Oberfläche, der Auftreffplatte 20 erteilt. Bei diesem Abtasten wird diese Oberfläche
an der Jeweiligen Auftreffstelle auf das Potential der Kathode 15 gelegt, wodurch ein elektrisches Signal entsteht, das über
einen Kondensator 2ti über dem Signalwiderstand 26 abgenonaen
werden kann.
Fig.3 zeigt in vergrOsaertem Masstab einen Teil des
co
ο Querschnittes der Auftreffplatte 20, der Signalelektrode 21 und
» des Fenster- 22 der in Fig.2 dargestellten Röhre. Di· i» wesent-
cn 20 enthält zwei zur Si goldelektrode parallele Teiiechiohten 3*1
-J und 32, die in elektrischer Hineicht verschieden «Ind. Die Teil
schicht 31 besteht aus Bleimonoxyd, das z.B. durch den
von Wismut oder Antimon oder auch ffasserdampf oder.von ver-
3Chiödenen dieser n-Dotierungsstoffen zu3Dianen stark n-leitfähig
ist. Die Teilschisht 32 besteht dagegen im wesentlichen aus Bleimonoxid, das sich elektrisch eigenleitend oder nahezu
eigenieitend verhalt. Diese Teilschicht 32 Kann weiter eine geringe
Menge Schwefel, Selen und/oder Tellur enthalten, damit
ihre j&mpflndlichkeit für Strahlung verhältniamässig langer Wellenlänge
gesteigert wird. Lediglich an der freien, durch den Elektronenstrahl 19 abzutastenden Oberfläche der Teilachicht J2
ist das in Pig.3 mit 33 bezeichnete Material mehr oder weniger
eindeutig p-leitfähig, ohne d.ise jedoch das Oberflächenmaterial
derart leitend ist, dass störende Querleitfähigkeit auftreten könnte.
. Beim 3etrieb der vorstehend an hand der Fig.2 und
3 Deachriebenen Aufnahmeröhre ist die Teilschicht 31 als positive
otroozuführu.-.gseiektrode für die siuh tigenleitende Teil3chicht
32 und auseerdem als optisches Filter wirksam. Infolge der Absorption
der Strahlung mit kürzerer .Wellenlänge in der Teilschioht
31 verschiebt sich das Maximum der relativen spektralen empfindlichkeit
der Aufnahmeröhre bei einer gröaaeren Stärke der Teilschicht
31 aach längeren Wellenlängen. Bereits bei einer Stärke
der Teilachicht 32 von 1 bis 2ju bleibt praktisch kein« Kmpfindlichkeit
für Ultraviolett und Blau mehr Übrig; die Jrttnempfind-
eo lichkeit ist bei einer Stärke der Teilschioht 32 von etwa 5 λιπ»
^ nicht mehr von Bedeutung, und oei einer Stärke der Teil3chioht
—\
. ■ ■ · ■■ . . . ■ .
o 31 von etwa 80 a m oder mehr, z.B. 150 11m bleibt nur noch eine
ο .Empfindlichkeit für Strahlung in dem roten oder infraroten Spekcn
ω trulbereich ÖÖfig. "; ; ' '"■ ·' ■' "' ■'* :: ' ;' '' '
Die Teileohicnt 32, d.h. der photoeietctriBch
A'eil der Au ft re ff plat te 20, h<±t vorzugsweise eine Stärke von 10
ois 30yum. üs iet günstig, eine gröaaere Stärk«'zu wählen:,' wenn
die Umstände dies erlauben, z.ß. wenn die Kapazität der Auf treffplatte
infolgedessen nicht 2U gering wird.
Die Stärke und die Zusammensetzung der n-leitfühigen
Teilschicht 31 können derart gewählt werden, dass die riöhre' praktisch
nur für Höntgenstrahlen empfindlich ist, so dass bein Betrieb
mit solchen Strahlen keine Massnahmen getroffen werden ·
müssen, um auf daa Fenster 22 der rtöhre fallendes Tageslicht abzuschirmen.
Dies lässt sich z.B. mit einer Teilschicht 32 mit
einer Stärke von etwa 30 ,um oder mehr erreichen, wobei diese
Teilschicht infolge von Einbau von Schwefel, Selen oder Tellur
eine starke Absorption von Licht grosser Wellenlänge haben kann. Die Teilechicht 32 hat dabei vorzugsweise eine Stärke von 60 juub
oder mehr.
Die Erfindung 13t vorstehend an hand von Beispielen
erläutert, bei denen dieimonoxyd <j1s photoempfindliches ICaterial
verwendet wird, üs wird einleuchten, dass die Erfindung nicht
auf die Anwendung dieses Materials begrenzt ist und dass grundsatzlich jedes photoempfindliehe Material eich gut eignet,
das nach fahl mehr oder weniger leitend oder eigenleitend bzw«
nahezu eigenleitend gemacht werden kann. ;
BAD .ORIGINAL
O . ψ:
Claims (1)
- Patentanaprüchet .1.) Photoempfindliohe Vorrichtung mit einer auf einem . Träger angeorachten\Schicht aus photoempfindlichem Material, das nach Wahl mehr oder weniger gut leitend oder eigenleitend gewählt werden kann, wobei die phutoempfindliche Schicht in Hichtung ihrer Stärke hintereinander liegende Zonen veraohiede- * ner elektrischer Leitfähigkeit besitzt, und weiter Kittel vorhanden sind, durch welche elektrischer Strom beiderseits der Schicht zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die photoempfindliche Schicht ausaer einer mindestens einige iim starken Zone (eigenleitenden Zone) aus eigenleitenden oder nahezu eigenleitendem Material mindestens eine sich fliese anschiieäsende, die Schicht auf einer Seite begrenzende Zone (Elektrodenzone) au3 dem gleichen photoempfindlichen Katerial enthält, das derart stark p- oder n-leitfähig.isttdas8 diese 2bn« als verhältnisnüssig jut leitend und somit als Stromzuführungselektrode für die eigenleitende Zone betrachtet werden kann, welche Ülektrodenzone bei 3ea,trahlung der eigenleitenden Zone durch die Elektrodenzone als optisches Filter wirksam ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leit fäiiigkeitstyp einer Kiekt roden zone (η- bzw. p-Leitfähigkeit) im Jetrieb der Vorrichtung verwendeten Art der° Stromzuführung (positiv bzw. negativ) an der von der betreffen£>lektrodenzone gebildeten Oberfläche der photoempfindlichen■v. Schicht entgegengesetzt ist.cn 3« Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,CD .*** dass die photoempfindliche Schicht im wesentlichen aus au ige-' '• ■ * ■.• tiampfttttn dlfeimonoxyd besteht·4. Vorrichtung «ach Anspruch 3/ dadurch gekennzeioh-BAD ORIGINALPH.18.280-12*.4<*if <li* Btttrke einer Elektroden a>ne mindestens einige|# ;,' Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekannte ichdies'üie Schicht eine -fclektrodenEone mit einer StärkeZehft/Um, vorzugsweise mit einer Stärke von 60 bitVorrichtung nach einem der vorhergehenden Anaprüohe ÄUToh eine Aufnahmeröhre des Vidikon-Typa gebildet wird,, in der die photoempfindliche Schicht auf einer durchsichtigen SIgmiiflektrode angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass dielohe Schicht auf der Seite der Signalelektrode aus Ülektrodenz me ait η-Typ Leitfähigkeit und auf der von Ier 3ignal,elektrode abgekehrten Seite aus einer eigenleitenden Mtkt te steht, die höchstens an der freien Oberfläche der ^hotOtJCpfindIichen Schicht aus p-leitfähigem Material besteht, kHlne nennenswerte Querleitfähigkeit aufweist.BAD ORIGINAL909810/0587
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