DE1489146C - Vorrichtung mit einer photoempfindli chen Schicht auf einem Trager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung eigenleitfähige Schicht und die Elektrode in einem

mit einer photoempfindlichen Schicht auf einem Trä- durch eine am Träger befestigte durchsichtige Kappe

ger, die mindestens eine Elektrode aufweist und bei abgeschlossenen Raum liegen,

der ein zweiter Stromanschluß eine zweite Elektrode Zur Erhöhung der Rotempfindlichkeit der photo-

oder ein Elektronenstrahl ist, und bei der die Schicht 5 empfindlichen Schicht kann die sich ganz oder

aus einer ganz- oder nahezu eigenleitfähigen Teil- nahezu elgentleitfähig verhaltende Teilschicht noch

schicht einer Metall-Sauerstoffverbindung besteht, Schwefel, Selen oder Tellur enthalten,

an die sich mindestens eine eindeutig p- oder n-leit- Die Photozelle kaiin durch den Träger oder auch

fähige Teilschicht gleichen Werkstoffes anschließt. durch die Kappe bestrahlbar sein. Die Teilschicht

Bei einer bekannten Vorrichtung nach dem deut- io kann als optisches Filter in der Auf treffplatte einer

sehen Patent 1011459 dieser Art für eine Vidikon- Vidikonaufnahmeröhre eingebaut sein. Sie kann

Aufnahmeröhre ist eine photoempfindliche Auftreff- n-leitfähig, 30 bis 60μΐη stark sein und an der

platte aus Bleimonoxid (PbO) vorgesehen. Diese Signalelektrode anliegen.

Auf treffplatte besitzt bei einer Stärke von etwa 5 μηι Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung mit

hintereinanderliegende Zonen entgegengesetzten Leit- 15 zwei Ausfiihrungsbeispielen näher erläutert. In der

fähigkeitstyps, wodurch mindestens ein flächenförmi- Zeichnung zeigt ·

ger p-n-Übergang geschaffen und damit ein niedriger Fig. 1 schematisch einen Querschnitt einer als

Dunkelstrom erzielt wird. Mehrschichtenzelle ausgebildeten Vorrichtung nach

In dieser Patentschrift ist angegeben, daß die Bild- der Erfindung,

elektrode nicht nur für sichtbares Licht, sondern zo F i g. 2 schematisch einen Längsschnitt durch eine auch für ultraviolettes Licht und für Röntgenstrahlen als Vidikon-Aufnahmeröhre ausgebildeten Vorrichempfindlich ist, wobei die Röntgenstrahlen durch das tung gemäß der Erfindung, und (( Bleimonoxid (PbO) relativ stark absorbiert werden. Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Teil des. Es ist weiterhin · bekannt aus »Philips Research Querschnittes der in der Röhre nach F i g. 2 vorReports Supplements«, 1961, Nr. 4, insbesondere 25 handenen Auftreffplatte.

S. 149 und 155, in eine photoempfindliche Schicht In allen Figuren und insbesondere in den Fig. 1

eine eigenleitfähige Schicht einzubauen. und 3 sind verschiedene Abmessungen, insbesondere

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrich- Stärkeabmessungen, sehr abweichend von ihren wirk-

tung der eingangs erwähnten Art und ist dadurch liehen Verhältnissen dargestellt. Sofern nützlich, sind

gekennzeichnet, daß mindestens eine als optisches 30 nachstehend für verschiedene Abmessungen prak-

Filter verwendbare p- und/oder n-leitfähige Teil- tische Zahlen angegeben.

schicht einen gegenüber der eigentleitfähigen Teil- Bei der in F i g. 1 in einem Querschnitt dargestell-

schicht vernachlässigbaren elektrischen Widerstand ten Photowiderstandszelle ist auf einem isolierenden

und eine Stärke von einigen μΐη bis etwa 150 μΐη durchsichtigen Träger 1 eine flächenförmige durchaufweist. Dabei ist die Empfindlichkeit der Vorrich- 35 sichtige Elektrode 2 angebracht, mit welcher ein

tung nach der Erfindung für kurzwellige Strahlung nach Fig. 1 der fechten Seite abgebildeter, an dem

im Vergleich zu der Empfindlichkeit für langwellige Träger 1 befestigter, zur Stromzuführung dienender

Strahlung um einen kleineren oder größeren Teil Kontaktstift 3 elektrisch verbunden ist. Der Träger

unterdrückt. Die Erfindung bezieht sich also auf besteht vorzugsweise aus Glas, in welchem Falle die eine photoempfindliche Vorrichtung, die im wesent- 40 Elektrode 2 aus einer leitenden Zinnoxydschicht be-

lichen für die Strahlung im roten bzw. infraroten stehen kann. In anderen Fällen oder auch statt des

Teil des Spektrums empfindlich ist. Zinnoxyds kann eine sehr dünne Schicht aufge-

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, · dampften Metalls, z. B. Gold, die Elektrode 2 ί

daß ein Teil der photoempfindlichen Schicht, der bilden.

bei der Anlage einer elektrischen Spannung an 45 Über die Elektrode 2 und teilweise neben ihr auf die Schicht praktisch feldfrei bleibt, als optisches der linken Seite erstreckt sich eine Schicht 4, die im Filter für einen* in der Strahlungsrichtung hinter wesentlichen aus einem photoempfindlichen Material diesem Teil liegenden, nicht feldfreien Teil der besteht, das nach Wahl mehr oder weniger gut lei-Schicht dienen kann, da es im wesentlichen die im" tend oder eigenleitend bzw. nahezu eigenleitend gezuletzt genannten Teil ausgelösten Ladungsträger 50 wählt werden kann. In dem vorliegenden Fall besind, welche den in einem äußeren Kreis feststell- steht die Schicht 4 im wesentlichen aus Bleimonoxid baren Strom liefern. (PbO); sie hat eine Stärke von etwa 230 μΐη. Über

Nach weiterer Ausbildung des Erfindungsgedan- die Schicht 4 erstreckt sich eine zweite durchsichtige

kens kann die Teilschicht etwa eine Dicke von Elektrode 5, die sich auf der linken Seite auf dem 100 μΐη und die eindeutig p- oder n-leitfähige Teil- 55 Träger 1 fortsetzt und an dieser Stelle mit einem

schicht etwa eine Dicke von 130 μπι aufweisen. zweiten Kontaktstift 6 verbunden ist, der auch in

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann als dem Träger 1 befestigt ist. Die Elektrode 5 kann aus

Photozelle ausgebildet sein, in der der Träger aus einer dünnen Schicht aufgedampften Metalls, z.B.

Glas besteht, auf dem eine durchsichtige Strom- Gold oder Silber, bestehen. Die von den Elekanschlußelektrode aus einer leitenden Zinnoxyd- 60 troden2 und 5 und der zwischenliegenden photo-

schicht oder aus Gold mit einem Kontaktstift ange- empfindlichen Schicht 4 gebildete Anordnung ist

bracht ist, auf der sich mindestens teilweise die gegen die freie Luft durch einer ringsum mit dem

Schicht, die p- oder n-leitfähig ist, und über diese Rand des Trägers 1 befestigte Kappe 7 aus durch-

die eigentleitfähige Schicht erstrecken, und letztere sichtigem Material verschlossen. Die Kappe 7 kann durch eine dünne Elektrode aus z.B. Gold oder 65 aus dem gleichen Material wie der Träger 1 bestehen.

Silber mit einem Kontaktstift mindstens teilweise ab- Die photoempfindliche Schicht 4 besteht aus zwei

gedeckt ist und die Stromanschlußelektrode, der sich aneinander anschließenden Teilschichten

Kontaktstift, die p- oder n-leitfähige Schicht, die und 9, von denen die Teilschicht 8 sich auf der Seite

des Trägers 1 und die Teilschicht 9 sich auf der Seite der Elektrode 5 befindet. Die Teilschicht 8 besteht aus photoempfindlichem Material, das durch starke Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung oder durch Einbau geeigneter Dotierungs- ^5 stoffe entweder eindeutig n-leitfähig oder eindeutig p-leitfähig ist, in dem Maße, daß die Teilschicht 8 als eine negativ gut leitende Schicht betrachtet werden kann. Die Stärke der Teilschicht 8 ist etwa 130 μΐη, die der Teilschicht 9 somit etwa 100 μΐη. ίο

Bei Anwendung von Bleimonoxyd als Material für die Schicht 4 kann starke p-Leitfähigkeit der Teilschicht 8 durch Einbau einer verhältnismäßig großen Menge zusätzlichen Sauerstoffes oder eines p-Leitfähigkeit bewirkenden Elementes, z. B. Thallium, in diesem Teil erzielt werden. Die Teilschicht 8 kann statt stark p-leitfähig auch stark n-leitfähig sein, z. B. indem in diese Teilschicht eine verhältnismäßig große Menge eines η-Leitfähigkeit bewirkenden Elementes, z. B. Wismut oder Antimon eingebaut ist oder die Teilschicht in einem starken Übermaß Blei enthält.

Die Teilschicht 9 besteht aus einem Material, das im Gegensatz zu dem Material der Teilschicht 8 keine eindeutige p- oder η-Leitfähigkeit aufweist, sondern sich im wesentlichen eigenleitend oder nahezu eigenleitend verhält. Diese kurz »eigenleitend« genannte Teilschicht 9 kann dadurch erhalten werden, daß auf die vorher aufgedampfte Teilschicht 8 Bleimonoxyd in. einer Atmosphäre aufgedampft wird, die außer Sauerstoff ein η-Leitfähigkeit bewirkendes Gas, ζ. Β. Wasserdampf, enthält. Die Drücke des Sauerstoffes und des η-formenden Gases in dieser Atmosphäre sind derart aufeinander eingestellt, daß die in die Schicht zusätzlich aufgenommenen Mengen an Sauerstoff und dem η-Leitfähigkeit bewirkenden Gas sich am Ende gegenseitig praktisch ausgleichen. Zum Erzielen einer erhöhten Rotempfindlichkeit der Teilschicht 9 ist vorzugsweise in diese Schicht noch Schwefel, Selen oder Tellur eingebaut. ■

Für den Betrieb der beschriebenen Photowider-Standszelle werden die Kontaktstifte 3 und 6 mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, wobei der Stromkreis wie üblich Mittel enthält, um nach einer etwaigen Verstärkung den die Zelle durchfließenden Strom feststellen zu können. Wenn die Teilschicht 8 stark n-leitfähig ist, wird die Zelle derart an die Gleichspannung angeschlossen, daß der Kontaktstift 3 eine positive Spannung gegen den Kontaktstift 6 hat, so daß die Elektrode 2 die positive Stromzuführung an die photoempfindliche Schicht 4 versorgt. Ist dagegen die Teilschicht 8 stark p-leitfähig, so wird die Zelle umgekehrt an die Gleichspannungsquelle angeschlossen, so daß die Elektrode 2 in diesem Falle die negative Stromzuführung versorgt.

In Hinsicht auf die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung sei folgendes bemerkt.

Bei Bestrahlung der photoempfindlichen Schicht 4 durch den Träger 1 absorbiert die Teilschicht 8 praktisch alle ultraviolette und sichtbare Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge als Rot, so daß die Teilschicht 9 lediglich durch Rot und Strahlung mit längerer Wellenlänge erreichbar ist. Durch die einfallende Strahlung werden sowohl in der Teilschicht 8 als auch in der Teilschicht 9 Ladungsträger ausgelöst. Da jedoch die Teilschicht 8, wie vorstehend erwähnt, mehr oder weniger leitend und infolgedessen kein elektrisches Feld in dieser Schicht vorhanden ist, liefern die in dieser Teilschicht 8 ausgelösten Ladungsträger keinen Beitrag zu dem im äußeren Stromkreis feststellbaren Strom, der daher im wesentlichen von den in der Teilschicht 9 ausgelösten Ladungsträgern stammt. Die Photowiderstandszelle ist daher bei Strahlung durch den Träger 1 im wesentlichen empfindlich für Strahlung, die nur in begrenztem Ausmaß in der Teilschicht 8 absorbiert wird. Im vorliegenden Falle ist sie empfindlich für rote bzw. infrarote Strahlen. Auch Röntgenstrahlen oder andere ähnliche harte Strahlen können durch die Teilschicht 8 die Teilschicht 9 erreichen, so daß die Zelle auch für diese Strahlen bei der beschriebenen Bestrahlungsweise empfindlich ist.

Wird Strahlung von der anderen Seite her auf die. photoempfindliche Schicht 4 gerichtet, also durch die Kappe 7, so wird die Teilschicht 9 nicht mehr optisch von der Teilschicht 8 abgeschirmt, so daß die Photowiderstandszelle in diesem Falle auch für Strahlung empfindlich ist, für welche das photoempfindliche Material zwar empfindlich ist, aber die beim Einfall der Strahlung durch den Träger 1 praktisch vollständig in der Teilschicht 8 absorbiert wird. Je nach dem gewünschten Empfindlichkeitsgebiet kann daher die photoempfindliche Schicht 4 durch den Träger 1 oder durch die Kappe 7 bestrahlt werden. '

Die Fig. 2 und 3 erläutern eine Aufnahmeröhre des Vidikon-Typs, die einen entlüfteten, langgestreckten zylindrischen Kolben 11 aus Glas hat. Das linke Ende des Kolbens 11 ist durch einen Glasfuß 12 verschlossen, in dem Anschlußstifte 13 angebracht sind. Diese Anschlußstifte sind mit verschiedenen Teilen eines an diesem Ende des Kolbens 11 angebrachten Elektrodensystem 14 verbunden. Dieses schematisch angedeutete Elektrodensystem, das unter anderem eine Kathode 15, ein Steuergitter 16 und eine gelochte, elektrisch mit einer Wandelektrode 18 verbundene Anode 17 enthält, kann einen Elektronenstrahl 19 erzeugen, durch den eine am anderen Ende des Kolbens 11 angebrachte, photoleitende Auftreffplatte 20 abgetastet werden kann. Die Auftreffplatte 20 (F i g. 3) besteht im wesentlichen aus Bleimonoxyd (PbO), das auf eine durchsichtige, elektrisch gut leitende Signalelektrode 21 aufgedampft ist, die sich über die Innenseite des durch das rechte Ende des Kolbens 11 gebildeten Fensters 22 erstreckt. Die Signalelektrode 21 kann aus einer sehr dünnen Schicht aufgedampften Metalls, z. B. Gold, oder auch, wie dies bei Röhren des Vidikon-Typs üblicher ist, aus Zinnoxyd bestehen. Mit der Signalelektrode 21 ist durch eine durch die Wand des Kolbens 11 geführte Stromzuführungsleitung 23 verbunden. Um elektrische Signale zu erhalten, die dem Bild entsprechen, das z. B. mittels eines in F i g. 2 schematisch 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 Fokussierungsspulen um die Röhre, die in F i g. 2 gemeinsam durch 27 bezeichnet sind, wird dem Elektronenstrahl 19 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 28 über dem Signalwiderstand 26 abgenommen werden kann.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil des Querschnittes der Auftreflplatte 20, der Signalelektrode 21 und des Fensters 22 der in F i g. 2 dargestellten Röhre. Die im wesentlichen aus aufgedampftem Bleimonoxyd bestehende Auftreffplatte 20 enthält zwei zur Signalelektrode parallele Teilschichten 31 und 32, die in elektrischer Hinsicht verschieden sind. Die Teilschicht 31 besteht aus Bleimonoxyd, das *z.B. durch den Einbau von Wismut oder Antimon oder auch Wasserdampf oder von verschiedenen dieser n-Dotierungsstoffen zusammen stark n-leitfähig ist. Die Teilschicht 32 besteht dagegen im wesentlichen aus Bleimonoxyd, das sich elektrisch eigenleitend oder nahezu eigenleitend verhält. Diese Teilschicht 32 kann weiter eine geringe Menge Schwefel, Selen und/oder Tellur enthalten, damit ihre Empfindlichkeit für Strahlung verhältnismäßig langer Wellenlänge gesteigert wird. Lediglich an der freien, durch den Elektronenstrahl 19 abzutastenden Oberfläche der Teilschicht 32 ist das in Fig. 3 mit 33 bezeichnete Material mehr oder weniger eindeutig p-leitfähig, ohne daß jedoch das Oberflächenmaterial derart leitend ist,. daß störende Querleitfähigkeit auftreten könnte.
■ Beim Betrieb der vorstehend an Hand der F i g. 2 und 3 beschriebenen Aufnahmeröhre ist die Teilschicht 31 als positive Stromzuführungselektrode für die sich eigenleitende Teilschicht 32 und außerdem als optisches Filter wirksam. Infolge der Absorption der Strahlung mit kürzerer Wellenlänge in der Teilschicht 31 verschiebt sich das Maximum der relativen spektralen Empfindlichkeit der Aufnahmeröhre bei einer größeren Stärke der Teilschicht 31 nach längeren Wellenlängen. Bereits bei einer Stärke der Teilschicht 31 von 1 bis 2 μκη bleibt praktisch keine Empfindlichkeit für Ultraviolett und Blau mehr übrig; die Grünempfindlichkeit ist bei einer Stärke der Teilschicht 31 von etwa 5 μπι nicht mehr von Bedeutung, und bei einer Stärke der Teilschicht 31 von etwa 80 am oder mehr, z. B. 150 μπι, bleibt nur noch eine Empfindlichkeit für Strahlung in dem roten oder infraroten Spektralbereich übrig.

Die Teilschicht32, d.h. der photoelektrisch wirksame Teil der Auf treffplatte 20, hat vorzugsweise eine Stärke von 10 bis 30 μπι. Es ist günstig, eine größere Stärke zu wählen, wenn die Umstände dies erlauben, z. B. wenn die Kapazität der Auftreflplatte infolgedessen nicht zu gering wird.

Die Stärke und die Zusammensetzung der n-leitfähigen Teilschicht 31 können derart gewählt werden, daß die Röhre praktisch nur für Röntgenstrahlen empfindlich ist, so daß beim Betrieb mit solchen Strahlen keine Maßnahmen getroffen werden müssen, um auf das Fenster 22 der Röhre fallendes Tageslicht abzuschirmen. Dies läßt sich z. B. mit einer Teilschicht 31 mit einer Stärke von etwa 30 μΐη oder mehr erreichen, wobei diese Teilschicht infolge von Einbau von Schwefel, Selen oder Tellur eine starke Absorption von Licht großer Wellenlänge haben kann. Die.Teilschicht 31 hat dabei vorzugsweise eine Stärke von 60 μΐη oder mehr. . ."

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit einer photoempfindlichen Schicht auf einem Träger, die mindestens eine Elektrode aufweist und bei der ein zweiter Stromanschluß eine zweite Elektrode oder ein Elektronenstrahl ist, und bei der die Schicht aus einer ganz- oder nahezu eigenleitfähigen Teilschicht einer Metall-Sauerstoffverbindung besteht, an die sich mindestens eine eindeutig p- oder n-leitfähige Teilschicht gleichen Werkstoffes anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine als optisches Filter verwendbare p- und/oder n-leitfähige Teilschicht (8, 31) einen gegenüber der eigenleitfähigen Teilschicht (9, 32) vernachlässigbaren elektrischen Widerstand und eine Stärke von einigen μηι bis etwa 150 μΐη aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschicht (9) etwa eine Dicke von 100 μΐη und die eindeutig p- oder n-leitfähige Teilschicht (8) etwa eine Dicke von 130 μπι aufweisen.

; ..

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Photozelle ausgebildet ist, in der der Träger (1) aus Glas besteht, auf dem eine durchsichtige Stromanschlußelektrode (2) aus einer leitenden Zinnoxydschicht oder aus Gold mit einem Kontaktstift (3) angebracht ist, auf der sich mindestens teilweise die Schicht (8) und über diese die Schicht (9) erstrecken, und letztere durch eine dünne Elektrode (5) aus z. B. Gold oder Silber mit einem Kontaktstift (6) mindestens teilweise abgedeckt ist und die Teile (2, 8, 9, 5) in einem durch eine am Träger (1) befestigte durchsichtige Kappe (7)

' abgeschlossenen Raum liegen. ;

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Rotempfindlichkeit der photoempfindlichen Schicht die sich ganz oder nahezu eigenleitf ähig verhaltende Teilschicht (9, 32) noch Schwefel, Selen oder Tellur enthält.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozelle durch den Träger (1) oder auch durch die Kappe (7) bestrahlbar ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschicht (31) als optisches

. Filter in der Auftreffplatte (20) einer Vidikonaufnahmeröhre eingebaut ist..: .

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der - vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschicht (31) n-leitfähig, 30 bis 60 μπι stark ist und an der Signalelektrode (21) anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen