DE1489986B1

DE1489986B1 - Geschichteter Koerper mit durch Bestrahlung anregbarer elektrischer Leitfaehigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1489986B1
Application number: DE19651489986
Authority: DE
Inventors: Ketchpel Richard D; Lehrer Norman H
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1965-03-23
Filing date: 1965-12-21
Publication date: 1970-01-15
Also published as: GB1057972A; US3344300A; FR1461803A; US3398021A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen geschichteten Antimon-Trisulfid und hat etwa die gleiche Dicke wie

Körper, bestehend aus einer elektrisch isolierenden die Schicht aus Arsen und Selen. Nicholson führt

tragenden Unterlage, einer ersten Elektrode in Form aus, daß bei seiner Speicherelektrode, wenn sie einem

einer elektrisch leitenden, auf die Unterlage aufge- Lichtsignal ausgesetzt und dann abgedeckt wird, um brachten Schicht, einer auf die erste Elektrode auf- 5 weitere Beleuchtung zu unterbinden, die erwartete

gebrachten kadmiumhaltigen Schicht, die bei Be- unmittelbare Auslöschung des Bildes nicht auftritt,

strahlung durch Licht oder Elektronen elektrisch sondern daß das Bild zwischen 5 Minuten und einer

leitend wird und ihre elektrische Leitfähigkeit bei Stunde durch normales Abtasten, wie es beim Fernseh-

einem angelegten elektrischen Feld auch nach Ab- betrieb üblich ist, sichtbar gemacht werden kann, schaltung der Bestrahlung beibehält, und einer zweiten io Um das gespeicherte Bild zu löschen, muß der Elek-

Elektrode in Form einer auf die kadmiumhaltige tronenstrahl für eine Zeitspanne von mehr als einigen

Schicht aufgebrachten leitfähigen Schicht. Sekunden so vorgespannt werden, daß die Speicher-

Das Phänomen der durch ein Feld aufrechter- elektrodenspannung abgeschaltet oder auf Null redu-

haltenen Leitfähigkeit wurde bereits früher beobachtet ziert wird. Die Löschzeit kann verkürzt werden, indem und beschrieben. Sp benutzte F. H. N i c ο 11 den 15 man die Speicherelektrode mit einer Lichtquelle hoher

Leitfähigkeitsspeichereffekt von Kadmiumselenid- Leistung beleuchtet.

pulver bei Bildspeichervorrichtungen und veröffent- Hervorgehoben sei, daß Nicholsons Speicherlichte darüber einen Bericht unter dem Titel »A Hyste- elektrode aus einer aufgedampften Schicht von etwa resis Effekt in Cadmium Selenide and Its Use in 10 Mikron Dicke besteht und nur durch Licht angeregt a Solid-State-Image Storage Device« (RCA-Review, 20 wird, da die Dicke der Schicht eine schnelle Anregung Bd. 19, März 1958, S. 77 bis 85). N i c ο 11 stellte fest, mit Elektronenstrahlen wegen der zur Durchdringung daß sich die Leitfähigkeit sowohl bei angelegtem solch dicker Schicht notwendigen äußerst hohen Gleichfeld wie auch angelegtem Wechselfeld durch Strahlenergien unpraktisch erscheinen läßt. Diese einen optischen Anregungsimpuls von einem niedrigen Schwierigkeit läßt sich am besten verstehen, wenn man auf einen hohen Wert heraufsetzen ließ. Die Spannung, 25 die Beziehung betrachtet, die zwischen der Elektronenbei welcher dieses Heraufsetzen erfolgte, hing ab von Strahlenergie und der Reichweite X₀ besteht. Sie lautet: der Stärke des einfallenden Lichts. Sein Element mit „
durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit bestand X₀ = — mit R = 0,0015 .E¹·³⁵.
aus einem Gemisch von Kadmiumselenidpulver mit 6

1 % Kunststoffbindemittel aus Äthylzellulose, das 30 Dabei ist R das Reichweitengewicht in Milligramm zwischen zwei transparenten Elektroden unterge- pro Quadratzentimeter, E die Strahlenenergie in Kilobracht war. Er berichtet weiter, daß der Dunkelstrom volt und ρ die Dichte der Schicht. Nimmt man 10 kV seines Photoleiters zunächst mäßig anstieg, um dann als den maximal in der Praxis vertretbaren Wert für E bei einer kritischen Spannung (von 670 Volt) um etwa an, dann ist
drei Größenordnungen in die Höhe zu springen. Beim 35

Absenken der Spannung nahm der Strom so lange R = 0,0015 · 10¹·³⁵ = 0,0015 -22,4 = 257 · 10~^e g/cm², langsam ab, bis eine zweite kritische Spannung erreicht

wurde, bei der der Strom scharf bis auf seinen ur- Die Reichweite X₀ ergibt sich dann für Antimonsprünglichen Wert abfiel. N i c ο 11 gab zwar keine trisulfid (ρ = 4 g/cm³)
Erklärung für diesen Effekt; er schlug jedoch seine 40 _in__e
Verwendung für eine Festkörper-Bildwiedergabevor- χ_ο _ _ — ²~^?/ '^1U _ 64 . ΐθ~^β cm
richtung vor, die sich der Leitfähigkeitsänderungen in £? 4
dem Element mit durch ein Feld aufrechterhaltener _ o,64 Mikron.
Leitfähigkeit bedient, um eine Modulation des

Lichtaustritts aus einer angrenzenden dektrolumines- 45 Ein 10-kV-Elektronenstrahl durchdringt mithin zierenden Schicht zu bewirken. Es sei hier darauf etwa 6% der Schichtdicke und bewirkt deshalb nur hingewiesen, daß die durch ein Feld aufrechterhaltene geringeVeränderungeninderLeitfähigkeitdesMaterials. Leitfähigkeit bei N i c ο 11 in einem Pulver auftritt, Um mit praktisch vertretbaren Werten der Strahldaß die gespeicherten Leitfähigkeitsniveaus nur bi- energie auf derartigen Speicherelektroden schreiben stabil sind (d. h. entweder »an« oder »aus« ohne Zwi- 5° zu können, sollte die Dicke der Speicherschicht 1 bis schenwerte oder Halbtöne) und daß die Anregung nur 2 Mikron nicht überschreiten. Eine Verkleinerung der durch Licht erfolgt, da die Schichtdicke eine Elektronen- Schichtdicke von Nicholsons Speicherelektrode auf Strahlanregung offensichtlich praktisch undurchführ- etwa 1 Mikron würde jedoch kaum eine brauchbare bar macht, weil man hierbei extrem hohe Strahl- Struktur der Speicherelektrode zur Folge haben, da energien benötigen würde. 55 man seinen Angaben entnehmen kann, daß bei Feld-Effekte dieser Art, d. h. mit durch ein Feld auf- stärken über 10* V/cm der Dunkelleckstrom so weit rechterhaltener Leitfähigkeit, werden auch in der ansteigt, daß er den von den Signalen erzeugten Strom USA.-Patentschrift 3 046 431 mit dem Titel »Storage stört. Im Fall einer 1 Mikron dicken Speicherschicht Systems« von J. F. Nicholson beschrieben. Das wäre der Betrieb also auf etwa 1 Volt begrenzt, eine von Nicholson verwendete Material mit durch ein 60 Spannung, die zu niedrig ist, um eine Elektronen-Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit hat die Form eines Strahlabtastung der durch den optischen Eingang dünnen Films, und es wird angegeben, wie es in einer erzeugten Feldmodulation zu erlauben,
vidiconähnlichen Röhre als Speicherelektrode verwen- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen det werden kann. Nicholsons Speicherelektrode geschichteten Körper der eingangs bezeichneten Art besteht aus zwei Schichten, von denen eine ein homo- 65 dadurch zu verbessern, daß ein Material gefunden genes Gemisch aus Arsen und Selen ist, das bis zu wird, das sich in Form einer dünnen Schicht hereiner Schichtdicke von 5 Mikron auf eine Unterlage stellen läßt, das elektrische Ladungen auf einer Vielaufgetragen wird. Die zweite Schicht besteht aus zahl von Leitfähigkeitsniveaus speichern kann, das

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aufeinanderfolgende Anregungen integriert, das eine nichtleitende Schicht angeordnet ist. Diese undurchthermische Vakuumbehandlung bei 300 bis 400° C sichtige, elektrisch nichtleitende Schicht besteht aushält, das ohne elektrischen Durchschlag Feld- vorzugsweise aus Chromsulfid.

stärken von 10^B V/cm verträgt und sich sowohl mit Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die

Licht als auch mit Elektronenstrahlen oder auch mit 5 Zeichnung. Dort zeigt

beiden anregen läßt. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht F i g. 1 eine schematische Darstellung einer er-

die Erfindung vor, daß die eine der zwei Elektroden findungsgemäß gestalteten Vorrichtung mit durch ein aus einer Aluminiumschicht und die kadmiumhaltige Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit, Schicht aus Kadmiumsulfid besteht und daß die F i g. 2 eine Apparatur, mittels deren erfindungs-

Kadmiumsulfidschicht an der der Aluminiumschicht io gemäß gestaltete Vorrichtungen oder Elemente herzugewandten Seite eine Sperrschicht enthält. Die dem stellbar sind, H geschichteten Körper damit verliehene Fähigkeit, F i g. 3 die Strom-Spannungs-Kennlinie erfindungsein Feld von 10⁵ V/cm ohne Durchschlag auszuhalten, gemäß gestalteter Vorrichtungen in Abhängigkeit bedeutet, daß sich eine Schicht von 1 Mikron Dicke von den während ihrer Herstellung verwendeten mit 10 Volt betreiben läßt. Dadurch wird es möglich, 15 Behandlungstemperaturen,

den geschichteten Körper mit durch ein Feld aufrecht- F i g. 4 die Strom-Spannungs-Kennlinie erfindungs-

erhaltener Leitfähigkeit dünn genug zu gestalten, um gemäß gestalteter Vorrichtungen in Abhängigkeit ein Beschreiben mittels Elektronenstrahls zuzulassen von den während ihrer Herstellung verwendeten und ihn gleichzeitig noch mit genügend hohen Span- Wärmebehandlungszeiten, nungen zu betreiben, um ein Ablesen mittels Elek- 20 F i g. 5 eine typische Strom-Spannungs-Kurve eines tronenstrahls zu ermöglichen. erfindungsgemäß gestalteten Gebildes, bei der sich

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung der Sperrbereich in der Nachbarschaft der Bodenbesteht die andere der zwei Elektroden des geschichteten elektrode bildet,

Körpers aus Aluminium, Platin, Zinnoxyd, Gold, F i g. 6 eine graphische Darstellung des Gleich-

Indium, Palladium oder Rhodium. Ferner entspricht 25 richtungsverhältnisses in Abhängigkeit von der anes einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, daß gelegten Spannung,

die Aluminiumelektrode, benachbart zu der in der F i g. 7 eine graphische Darstellung der Abhängig-

Kadmiumsulfidschicht die Sperrschicht ausgebildet keit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsist, auf der tragenden Unterlage angeordnet ist. End- änderung von der primären Strahlenergie, die auf lieh empfiehlt es sich, den geschichteten Körper so 30 ein erfindungsgemäß gestaltetes Gebilde trifft, zu gestalten, daß die Elektrode, die der sperrschicht- F i g. 8 eine graphische Darstellung der Abhängigfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht benachbart ist, keit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsauf der tragenden Unterlage angeordnet ist. änderung von der primären Strahlenergie bei einem

Was die in dem geschichteten Körper nach der erfindungsgemäß gestalteten Gebilde, bei dem der Erfindung vorgeshene Sperrschicht betrifft, so sieht 35 Sperrbereich an der oberen Elektrode liegt, die Erfindung ein zur Herstellung dieser Sperrschicht F i g. 9 eine graphische Darstellung der Abhängig-

besonders geeignetes Verfahren vor. Dieses Verfahren keit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsbesteht darin, daß die Sperrschicht durch Erhitzen änderung von der Anzahl anregender Impulse, die der Kadmiumsulfidschicht und der Aluminiumschicht einem erfindungsgemäß gestalteten Gebilde zugeführt in einer schwefelhaltigen Atmosphäre hergestellt 40 werden,

wird. Dies kann in einer Ausführungsform des F i g. 10 einen teilweise geschnittenen schematischen

Verfahrens dadurch geschehen, daß die Kadmium- Aufriß einer Direktsichtspeicherröhre, die ein ersulfidschicht und die Aluminiumschicht miteinander findungsgemäßes Gebilde enthält, in Berührung gebracht und einer mindestens F i g. 11 ein Ersatzschaltbild der Röhre nach

2stündigen Wärmebehandlung beider Teile bei 200 bis 45 Fig. 10 und

400° C unterworfen werden. Eine weitere Ausführungs- F i g. 12 einen Querschnitt eines Teils einer in die

form dieses Verfahrens sieht vor, daß die schwefel- Röhre nach F i g. 10 wahlweise einsetzbaren Speicherhaltige Atmosphäre im wesentlichen aus Schwefel- anordnung.

wasserstoff besteht. Abweichend hiervon kann die Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht im wesent-

schwefelhaltige Atmosphäre aber auch im wesentlichen 50 liehen aus zwei Elektroden 2 und 4, die in Kontakt aus Schwefeldioxyd bestehen. Bei allen diesen Maß- sind mit einander abgewandten Seiten einer aus nahmen empfiehlt es sich gemäß einem weiteren Schritt Kadmiumsulfid-Dielektrikum bestehenden dünnen der Erfindung, die Kadmiumsulfidschicht durch Schicht 6. Wegen der Dünnschichteigenschaften der schrittweises Aufbringen dünner Filme aus Kadmium- Vorrichtung braucht man eine tragende Unterlage 8, sulfid von je etwa 0,25 Mikron Stärke herzustellen. 55 die aus Glas sein kann. Einfachheitshalber sei im

Ein geschichteter Körper nach der Erfindung kann folgenden die Elektrode 4, die die Unterlage 8 berührt, mit Vorteil als Bildspeicher in einer elektronischen als untere Elektrode oder Bodenelektrode und die auf Sichtspeicherröhre angewendet werden. Für diesen der anderen Seite des Dielektrikums 6 angebrachte Zweck sieht die Erfindung vor, daß die der sperr- Elektrode als ödere Elektrode bezeichnet. Benachbart schichtfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht zu- 60 zu einer der Elektroden ist eine Sperrschicht 10 in das gewandte Elektrode durchsichtig und zwischen ihr Kadmiumsulfid-Dielektrikum eingebettet. Es wurde und der Kadmiumsulfidschicht eine lumineszierende festgestellt, daß das elektrische Verhalten in kritischer Schicht angeordnet ist, deren Lumineszenz durch ein Weise abhängt von der Ausbildung dieses dünnen auf sie einwirkendes elektrisches Feld modulierbar Sperrschichtbereichs. Dabei handelt es sich um die ist. Dabei entspricht es der bevorzugten Ausführung 65 Fähigkeit, infolge von Anregung durch Licht oder dieser Anwendung des geschichteten Körpers, daß Elektronenbeschuß eine Leitfähigkeitszunahme zu zwischen der lumineszierenden Schicht und der zeigen, diese Leitfähigkeitsänderung zu speichern, Kadmiumsulfidschicht eine undurchsichtige, elektrisch aufeinanderfolgende Anregungen zu integrieren und

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als Folge einer momentanen Umkehr oder Wegnahme montiert wird. Die Unterlage wird in etwa 33 cm des am Dielektrikum liegenden Feldes in den nicht- Abstand von der Aluminiumspule angeordnet, worauf leitenden Zustand zurückzukehren. Wenn auch die die Bedampf ungsapparatur auf etwa 10~⁶ Torr evakuiert genaue Natur des Sperrbereichs bisher nicht ganz wird, bevor das Aufdampfen beginnt. Das Aluminium erforscht ist, soll seine Bildung hier doch im einzelnen 5 wird völlig verdampft, wobei sich — unter Einhaltung beschrieben werden. Der Sperrbereich kann entweder der eben genannten Bedingungen — eine Al-Schicht in der Nachbarschaft der oberen Elektrode 2 oder der von 0,5 Mikron bildet. Bei der Bildung der Bodenunteren Elektrode 4 gebildet werden. elektrode kommt es nicht auf übermäßige Genauigkeit Die Herstellung einer erfindungsgemäß arbeitenden an. Wünscht man eine optisch transparente Boden-Vorrichtung läßt sich in folgende vier Grundschritte io elektrode, so kann man sie nur einige hundertstel einteilen: Mikron dick machen.

a) Aufdampfen der Bodenelektrode 4 auf die Unter- .^{Der 1}^? Schritt ist das Aufdampfen des Kadlaee 8 nuumsulfid-Dielektrikums auf die Bodenelektrode. Bei

b) Aufdampfen der dielektrischen Schicht 6 auf die ^nutzung der Abmessungen des bis hierher beschrie-Bodenelektrode 4 ¹⁵ ^^nen B^eisP!els wird der dielektrische Überzug in der

c) Wärmebehandlung zwecks Bildung der Sperr- ^Gf^öße von 38 χ 45 mm hergestellt, so daß er die Aluschicht 10, sofern diese der Bodenelektrode 4 miniumbodenelektrode 4 auf drei Seiten überlappt, benachbart entstehen soll, die vierte Seite der Bodenelektrode auf etwa 8 mm fur

d) Aufbringen der oberen Elektrode 2. elektrische Kontaktzwecke frei bleibt. Hinsichtlich des

so aufgedampften Kadmiumsulfiduberzugs wurde kein

Soll sich die Sperrschicht 10 in der Nähe der oberen wesentlicher Unterschied festgestellt, ob vor dem BeElektrode 2 bilden, so wird die Wärmebehandlung dampfen die Elektrode der Atmosphäre ausgesetzt des dritten Schritts nochmals durchgeführt, nachdem wurde oder nicht. Anscheinend wird die Kadmiumdie obere Elektrode aufgebracht wurde. Gemäß sulfidschicht durch kleine Mengen von Verunreinidiesem Schema soll jetzt die Herstellung einer er- 25 gungen in der für die Bedampfung benutzten Kadfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden. miumsulfidquelle nicht ernstlich beeinflußt. Das be-Selbstverständlich sind vielerlei Abwandlungen des nutzte Kadmiumsulfid ist von einem für elektronische Verfahrens möglich, und auch die Dimensionen und Zwecke bestimmten Reinheitsgrad,
die Gestalt der Vorrichtung sind nur als Beispiel Eine bekannte Technik zur Verdampfung des Kad-

aufzufassen. 30 miumsulfids besteht in der Verwendung eines Tantal-

Der die Unterlage 8 bildende Teil kann ein Glas- Schiffchens von etwa 75 mm Länge, 25 mm Breite und plättchen (Durchziehglas) sein, welches wegen seiner 0,05 mm Dicke, das längsgefaltet und an den Enden glatten Oberfläche, seiner leichten Beschaffbarkeit verschweißt ist, so daß ein kanuförmiger Verdampfer in geeigneten Größen und wegen seiner elektrischen entsteht.

Isoliereigenschaften benutzt wird. Für die Verwendung 35 Die Menge an Kadmiumsulfid, die ins Verdampferin der Vorrichtung wird die Glasunterlage 8 sorg- schiffchen gegeben wird, ergibt sich aus der gewünschfältig vorbereitet. Es wurde festgestellt, daß sich ten Schichtdicke. Bei den bisher durchgeführten besonders gute Ergebnisse zeigten, wenn man Glas- Experimenten wurde festgestellt, daß etwa 3,2 g Kadplättchen benutzte, die zuerst in entionisiertem Wasser miumsulfid eine aufgedampfte Schicht von etwa gespült und dann mit einem Baumwolltuch abgerieben 40 1,9 Mikron Dicke ergeben. Eine genaue Überwachung wurden, auf welchem Kreide (Kalziumkarbonat) der Temperatur des Tantalschiffchens ist erforderlich, abgeschieden war. Danach wurden die Plättchen der um die Verdampfungsgeschwindigkeit richtig steuern Reihe nach mit entionisiertem Wasser, verdünnter zu können.

Salpetersäure und entionisiertem Wasser gespült. In der Praxis wird die Aufdampfapparatur unter

Schließlich wurden sie in einer Zentrifuge schleuder- 45 Benutzung einer mit flüssigem Stickstoff gefüllten getrocknet und in einem erwärmten Kasten bis zum Kühlfalle auf 10~^B Torr evakuiert und die Temperatur nächsten Verfahrensschritt, der in der Bildung der des Tantalschiffchens innerhalb einer Stunde langsam Bodenelektrode 4 besteht, gelagert. auf 800° C erhöht. Im allgemeinen wurde es als bequem

Bei einer typischen Ausführungsform wurde eine empfunden, die Geschwindigkeit des Temperatur-50 X 75 X 1,6 mm große Glasscheibe benutzt, um 50 anstiegs von Hand zu regeln, indem man die Druckdaraus die Unterlage 8 herzustellen. Mittels bekannter Veränderungen in der Aufdampfapparatur und das Abdeckmethoden wurde auf dieser Glasplatte die Verhalten des Dielektrikums im Schiffchen beobachtet. Bodenelektrode 4 in der Form eines 25 χ 50 mm Wird z. B. die Temperatur zu rasch erhöht, springt großen Rechtecks gebildet. Als Material für die Boden- etwas vom Kadmiumsulfid aus dem Schiffchen heraus, elektrode 4 wird Aluminium verwendet, das mittels 55 oder der Druck im Verdampfer steigt übermäßig an. geläufiger Aufdampfmethoden auf die Unterlage Das Tantalschiffchen wird am besten mit einem Glasaufgebracht wird. Bei einem typischen Beispiel wird Verschluß bedeckt, der von außen bedient werden kann aus 1,6 mm starkem Reinaluminiumdraht eine flache und so lange liegenbleibt, bis die Temperatur 800⁰C Spule von etwa 15 cm Länge hergestellt und auf ein erreicht hat. Dann wird der Verschluß beiseite gezogen, Wolframheizelement von etwa 25 mm Durchmesser 60 und während der nächsten 90 Minuten wird die gelegt. Das Wolframheizelement enthält eine Spule Temperatur gleichmäßig auf 950° C erhöht und die aus drei Wolframdrahtfäden von je 0,8 mm Durch- Bedampfung so lange fortgesetzt, bis praktisch nichts messer, die in einem elektrolytischen Bad aus Kalium- mehr im Schiffchen vorhanden ist.
hydroxyd gereinigt, dann mit entionisiertem Wasser Auf diese Weise bildet sich eine dünne Schicht auf

gespült und in Azeton getrocknet wird, bevor sie in 65 der Bodenelektrode 4. Soll die Sperrschicht in der die Aufdampfapparatur eingesetzt wird. Auch die Nähe der Bodenelektrode entstehen, dann muß, wie flache Aluminiumspule kann in Azeton gereinigt erwähnt, eine Wärmebehandlung der Kadmiumsulfidwerden, bevor sie auf dem Wolframheizelement schicht als nächster Schritt folgen, damit sich diese

Sperrschicht bildet. Soll dagegen die Sperrschicht in der Nähe der oberen Elektrode entstehen, so muß eine zweite Wärmebehandlung vorgenommen werden, nachdem die obere Elektrode 2 aufgebracht ist. Da die Sperrschicht 10 in F i g. 1 als der Bodenelektrode benachbart dargestellt ist, soll deren Bildung hier beschrieben werden.

Wenn auch das Wesen der Sperrschicht 10 wissenschaftlich noch nicht völlig geklärt ist, so scheint es

Gold, Indium, Palladium und Rhodium in Frage kommen. Diejenige Elektrode, die der Sperrschicht benachbart ist, muß jedoch erfindungsgemäß aus Aluminium bestehen. Da bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung die Sperrschicht 10 der Bodenelektrode 4 benachbart ist, besteht — unter Beachtung gewisser Vorsichtsmaßregeln — für die obere Elektrode eine Materialauswahlmöglichkeit. Wird das fertige Gebilde auf Temperaturen über 100⁰C aufgeheizt, wie

doch so zu sein, daß die im folgenden beschriebene io es z. B. bei der Elektronenröhrenherstellung der Fall

Wärmebehandlung eine Reaktion zwischen dem AIu- ist, muß man der Auswahl des Materials für die obere

minium und dem !"Cadmiumsulfid in Gegenwart einer Elektrode einige Aufmerksamkeit widmen. Stoffe wie

schwefelhaltigen Atmosphäre — etwa aus Schwefel- Gold und Indium neigen bei Temperaturen über 100° C

wasserstoff — fördert und dabei ein dünner Bereich dazu, durch die Kadmiumsulfidschicht 6 zu diffun-

von Material mit sehr hohem Widerstand erzeugt wird. 15 dieren, wodurch elektrischer Kurzschluß der dielek-

Dieser Bereich wird hier als Sperrschicht bezeichnet. Wenn auch im folgenden die Verwendung vonSchwefelwasserstoff zur Bildung der Sperrschicht vorgeschlagen wird, so haben Versuche doch gezeigt, daß man an Stelle von Schwefelwasserstoff auch Schwefeldioxyd ao benutzen kann. Gemäß F i g. 2 wird die Wärmebehandlung der Kadmiumsulfidschichten 6 auf den Aluminiumunterlagen 8 in einem Quarzrohr 12 vorge-

trischen Schichten 6 bewirkt werden kann. Stoffe wie Aluminium und Platin verursachen keine derartigen Kurzschlüsse; obere Elektroden aus Gold oder Indium erzeugen aber Vorrichtungen mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit, welche größere Vorwärtsströme (d. h. höhere Gleichrichtungsverhältnisse) ergeben als Aluminium oder Platin. Unabhängig vom Material für die obere Elektrode führen gleiche Anregungen im allgemeinen zur gleichen gespeicherten

nommen. Vorkehrungen sind getroffen, die ein Ausspülen des Systems mit trockenem Stickstoff unter 25 Änderung der Leitfähigkeit,
einem Druck von einigen zehntel Atmosphären er- Da eine erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung

lauben, bevor mit der Wärmebehandlung begonnen mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit wird. Der Schwefelwasserstoff wird vor seinem Eintritt vielerlei Anwendungen in Kathodenstrahlröhren finden in das Quarzrohr 12 durch eine Trockenkammer 14 und deshalb einer Anregung durch Elektronenbeschuß mit Phosphorpentoxyd geschickt. Der Schwefelwasser- 30 ausgesetzt sein wird, muß die Speicherschicht mit durch stoff selbst wird piner normalen Gasflasche 16 ent- ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit auf minnommen und der Überdruck auf etwa 0,3 at eingestellt. destens 400⁰C während der Fertigung im Vakuum

Mittels eines Durchflußmessers 18 wird eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 10 cm³/min eingestellt. Das Quarzrohr 12 wird durch den Ofen 20 aufgeheizt.

Es erwies sich als wichtig, die mit Kadmiumsulfid beschichteten Glasplättchen so in das Qusrzrohr 12 zu bringen, daß die beschichteten Seiten dem Schwefelerhitzt werden. Um diese Fertigungsbedingungen zu erfüllen, wird Aluminium als bevorzugtes Material für die obere Elektrode verwendet. Denn Aluminium kann so dünn aufgebracht werden, daß es für energiereiche Elektronen fast transparent ist und trotzdem noch eine hohe Leitfähigkeit besitzt.
Zeit und Temperatur der Wärmebehandlung sind

behandlungstemperatur und -dauer untersucht und mit den Strom-Spannungs-Kennlinien der erfindungsgemäß gestalteten Schichten mit durch ein Feld aufrechter-

wasserstoffstrom direkt ausgesetzt sind. Ferner muß 40 kritische Größen bei der Bildung der Sperrschicht 10 eine Rückströmung des Schwefelwasserstoffstroms ver- in der Kadmiumsulfidschicht. Da es bei Speichervormieden werden, was durch das Einschalten eines Sperr- richtungen wünschenswert ist, eine Vorrichtung mit

ventils 22 für den aus dem Quarzrohr 12 austretenden durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit her-

Schwefelwasserstoff bewerkstelligt wird. Nach Ver- zustellen, die nach Beendigung der Anregung maximale

lassen des Sperrventils 22 tritt der Schwefelwasserstoff 45 bestehenbleibende Anstiege der Leitfähigkeit aufweist,

in einen Puffer 24 ein, dessen Aufgabe es ist, alle plötz- wurde der Einfluß von Veränderungen in der Wärmelichen Druckanstiege auszuglätten, wie sie durch
abrupte Veränderungen in der Strömungsgeschwindigkeit verursacht werden können. Die übrige in F i g. 2

dargestellte Ausrüstung dient der Bequemlichkeit und 50 haltbarer Leitfähigkeit verglichen, was sinnvoll ist,

Sicherheit. Denn es ist wichtig, daß kein Schwefel- da in diesem Fall starke Gleichrichtungseffekte in recht

wasserstoff in die Außenluft tritt. Dieses Austreten guter Korrelation zu ausgeprägten Erinnerungseffekten

wird durch Waschflaschen 26 und 26' verhindert, in für die Leitfähigkeit stehen. Sechs Gruppen von erfin-

denen eine chemische Reaktion des Schwefelwasser- dungsgemäßen Vorrichtungen wurden auf identische

Stoffs stattfindet, und durch ein Aktivkohlefilter 28 zur 55 Weise hergestellt, ausgenommen jedoch die Behand-

Absorption des restlichen Schwefelwasserstoffs. Der lungstemperatur. Die Behandlungszeit betrug für jede

Ausgang des Filters 28 geht ins Freie. der sechs Gruppen 2 Stunden. Gemäß F i g. 3 wurden

Die mit Kadmiumsulfid beschichteten Plättchen fünf der sechs Gruppen mit den Temperaturen 100,

werden im Ofen sorgfältig auf bestimmte Tempera- 200, 300,400 und 500⁰C behandelt. Die sechste Gruppe

türen und mit bestimmten Zeiten erhitzt. Tempera- 60 diente als Kontrollgruppe und wurde gar nicht be-

turen und Zeiten werden im folgenden noch angegeben. handelt. Jedes Element aus jeder Probe wurde mit

Nach der Wärmebehandlung läßt man die sulfidbe- —1 Volt und +1 Volt geprüft. Stimmten alle oder die

schichteten Plättchen abkühlen, bevor man sie dem meisten Leckströme innerhalb weniger Prozent überein,

Ofen entnimmt. Dabei ist zu beachten, daß sie keiner so wurde die Strom-Spannungs-Kennlinie eines EIe-

übermäßigen Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Soll die 65 ments zum Vergleich herangezogen. Traten wesentliche

Sperrschicht 10 der Bodenelektrode 4 benachbart sein, so kann man die obere Elektrode aus verschiedenen Stoffen herstellen, wobei Aluminium, Platin, Zinnoxyd,

Abweichungen zwischen den Elementen auf, so wurde eine Kennlinie gebildet, die einen Mittelwert darstellt.

In F i g. 3 sind die Strom-Spannungs-Kennlinien

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für die sechs Probegruppen miteinander verglichen. möglich, die Betriebsspannung für eine 0,5 Mikron Erwünscht ist eine Kennlinie mit hohem Vorwärts- dicke Schicht auf 5 Volt heraufzusetzen, sofern man Rückwärts-Verhältnis, was auf gute Gleichrichtung nach dem erläuterten Verfahren die Herstellung aufhinweist. Beachtet sei, daß die Proben der Kontroll- einanderliegender dielektrischer Kadmiumsulfidschichgruppe beinahe identische Kurven für die Vorwärts- 5 ten von je etwa 0,25 Mikron Dicke vornimmt, und Rückwärts-Richtung, daß sie also hohe Leck- Nach dem beschriebenen Verfahren wird eine der ströme und kein Erinnerungsvermögen haben. Er- Bodenelektrode benachbarte Sperrschicht erzeugt, kennbar ist sodann, daß 2stündige Behandlung mit Will man eine Sperrschicht erzeugen, die der oberen 100⁰C die Gleichrichtungseigenschaften nicht wesent- Elektrode benachbart ist, so muß man für die Bodenlich beeinflußt, wenn auch der Leckstrom leicht an- io elektrode ein Material aussuchen, das nicht mit dem steigt. Bei 200° C beginnt die Wärmebehandlung ihre Kadmiumsulfid reagiert. Platin ist ein besonderes BeiWirkung zu zeigen. Wenn auch die Vorwärts- und spiel für ein für diesen Zweck geeignetes Material. Rückwärtsströme immer noch — wie im Fall der Be- Hierbei ist auch die Dicke der Bodenelektrode unhandlung mit 100⁰C — praktisch gleich sind, ist der kritisch; eine Schicht, die gerade so dick ist, daß sie Absolutwert des Stroms schon um einen Faktor 10 15 undurchsichtig wird, hat im allgemeinen die gegegenüber der Kontrollgruppe kleiner geworden. wünschte Leitfähigkeit. Die für das Aufbringen der Behandlung bei 300⁰C ergibt einen starken Effekt. Platinschicht nötigen Methoden sind bekannt und Bei 1,5 Volt an der Kadmiumsulfidschicht beträgt das werden beschrieben in »Vacuum Deposition of Thin Gleichrichtungsverhältnis schon 100:1, und der Vor- Films« von L. Holland (John Wiley & Sons, Inc., wärtsstrom ist vier Größenordnungen kleiner als bei ao New York, 1958), insbesondere Kapitel 14. der Kontrollgruppe. Behandlung bei 400⁰C ergibt eine Nach Herstellung der Bodenelektrode wird die weitere Verkleinerung des Vorwärtsstroms gegenüber dielektrische Kadmiumsulfidschicht wie oben beder 300° C-Behandlung. Die Gleichrichtungseffekte schrieben über der Bodenelektrode angebracht. Dann werden hier jedoch kleiner, so daß der Rückwärts- wird die Schicht ganauso wärmebehandelt wie im strom bei 400⁰C größer ist als bei 300° C. Bei 500⁰C 25 Fall der Bildung einer Sperrschicht in Nähe der wird der Vorwärtsstrom weiter verkleinert auf sechs Bodenelektrode. Sodann wird die obere Aluminium-Größenordnungen unter dem Wert der Kontrollgruppe, elektrode aufgebracht, die durch Aufdampfen eine Die bei dieser Temperatur behandelten Proben zeigten Dicke von etwa 500 Angstrom oder mehr erhält. Der jedoch keine Gleichrichtung mehr. Hieraus geht letzte Schritt besteht darin, die Vorrichtung nochmals hervor, daß Wärmebehandlung bei etwa 300⁰C und 30 wie oben beschrieben wärmezubehandeln, damit sich 2 Stunden Dauer ein optimales Verfahren zur Erzeu- eine Sperrschicht in der Nachbarschaft der oberen gung von Schichten mit hohem Gleichrichtungsver- Elektrode bildet. Die Vorrichtungen gemäß F i g. 1 hältnis und demzufolge gutem Erinnerungsvermögen mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit ist. Allerdings geht aus obigen Ausführungen auch haben eine unsymmetrische Strom-Spannungs-Kennhervor, daß die exakte Temperatureinhaltung nicht 35 linie, wie sie auch bei Dioden in typischer Weise vorkritisch ist, soweit es sich um die Herstellung betrieb- handen ist. Der durch das Dielektrikum fließende lieh einsetzbarer Vorrichtungen mit durch ein Feld Strom ist um Größenordnungen kleiner, wenn sich aufrechtzuerhaltender Leitfähigkeit handelt. die der Sperrschicht benachbarte Elektrode auf

Es wurden auch Untersuchungen zur Ermittlung niedrigerem Potential wie die andere Elektrode be-

der optimalen Behandlungszeit bei der optimalen 40 findet. Das ist der Zustand der Vorspannung in Sperr-

Temperatur von 300⁰C angestellt. Vier Gruppen von richtung. In diesem Zustand treten die bestehen-

Proben wurden mit vier verschiedenen Zeiten behandelt. bleibenden Ströme auf. Erfolgt Anregung, z. B. durch

Das Meßverfahren war praktisch dasselbe wie bei Beleuchtung, so wird dadurch die Leitfähigkeit der

der Ermittlung der optimalen Temperatur. Die Strom- Kadmiumsulfidschicht erhöht, wobei diese erhöhte

Spannungs-Kennlinien für jede der vier Gruppen sind 45 Leitfähigkeit auch dann noch erhalten bleibt, wenn die

in F i g. 4 dargestellt. Wie schon erwähnt wurde, Anregung aufhört. Die erfindungsgemäße Vorrichtung

zeigten die 2 Stunden behandelten Proben gute Gleich- kann dadurch wieder in den Zustand geringer Leit-

richtungseffekte, wobei der Vorwärtsstrom beinahe fähigkeit versetzt werden, daß man nach Aufhöhren

zwei Größenordnungen größer als der Rückwärts- der Anregung das angelegte Feld für einen Augenblick

strom ist, wenn man 1 Volt an die Kadmiumsulfid- 50 abschaltet oder umkehrt.

schicht anlegt. Vergrößerung der Behandlungsdauer F i g. 5 ist eine typische Strom-Spannungs-Kennauf 4 Stunden bei 300° C beeinflußt den Vorwärtsstrom linie einer Vorrichtung mit durch ein Feld aufrechtpraktisch nicht, während der Rückwärtsstrom so weit erhaltener Leitfähigkeit gemäß F i g. 1, bei der die angehoben wurde, daß die Proben praktisch keinen Sperrschicht der Bodenelektrode benachbart ist. Daher Gleichrichtungseffekt mehr haben. Bei den 8 und 55 ist der Strom durch die dielektrische Schicht um 16 Stunden behandelten Proben wurde der Rück- Größenordnungen kleiner, wenn die angelegte Spanwärtsstrom sogar höher als der Vorwärtsstrom. Mit nung negativ ist (d. h. wenn die Bodenelektrode 4 anderen Worten: Bei diesen Proben kehrte sich die sich auf einem niedrigeren Potential als die obere Gleichrichtungs-Charakteristik praktisch um, und sie Elektrode 2 befindet). Wie erwähnt, ist die dielektrische zeigten kienerlei Gedächtniseffekt mehr bei beliebiger 60 Schicht 6 einschließlich der Sperrschicht 10 bei der in Polarität. F i g. 1 dargestellten Vorrichtung etwa 0,5 Mikron

Aus den aufgeführten Behandlungsdaten geht her- dick. Das Gleichrichtungsverhältnis ist für eine solche

vor, daß die günstigste Arbeitsweise für die Herstellung Vorrichtung in F i g. 6 dargestellt. Dieses Verhältnis

von Kadmiumsulfidschichten von 0,5 Mikron Dicke ist gleich dem Strom bei einer bestimmten positiven

und 1,5 Volt Betriebsspannung in einer 2stündigen 65 Spannung, dividiert durch den Strom bei der gleich

Erhitzung auf 300⁰C besteht. Es wurde auch schon hohen negativen Spannung. Im vorliegenden Fall ist

vermerkt, daß man Schwefeldioxyd an Stelle von das maximale Gleichrichtungsverhältnis etwa 7000.

Schwefelwasserstoff anwenden kann. Es ist weiterhin Überschreitet die Gleichspannung an der Schicht den

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Betrag von —1,5 Volt, so entsteht ein irreversibler aufrechterhaltener Leitfähigkeit auch mit ultraviolettem Durchschlag; das Ergebnis dieses Durchschlags ist ein oder sichtbarem Licht anregen lassen. Die erhöhte

Ansteigen des Leckstroms in Sperrichtung auf so hohe Leitfähigkeit, die die Schicht mit durch ein Feld

Werte, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie symme- aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit als Folge der An-

trisch und das Speichervermögen zerstört wird. 5 regung zeigt, läßt sich viele Minuten lang, ja sogar

In F i g. 7 ist der Einfluß einer Elektronenstrahl- stundenlang aufrechterhalten. Man kann die di-

anregung auf die Leitfähigkeit des 0,5 Mikron dicken elektrische Schicht jedoch in ihren Zustand niedriger

Gebildes nach F i g. 1 mit durch ein Feld aufrecht- Leitfähigkeit zurückbringen, wenn man das angelegte

erhaltbarer Leitfähigkeit dargestellt. Die Kurven nach elektrische Feld einen Augenblick umkehrt oder

F i g. 7 stellen das Verhältlnis der durch Elektronen- io abschaltet.

beschuß bewirkten Leitfähigkeitsänderungen Ag zu Eine der wichtigen Anwendungen der erfindungsder vor der Anlegung durch Elektronenstrahlen in gemäßen Gebilde mit durch ein Feld aufrechterhaltdem beschossenen Gebiet vorhandenen Leitfähigkeit g barer Leitfähigkeit ist bei Kathodenstrahlröhren dar. Die obere Kurve A in F i g. 7 gibt die Leitfähig- möglich, insbesondere bei solchen, die eine gespeicherte keitsänderung wieder unmittelbar nach einem 10 Se- »5 Sichtwiedergabe ermöglichen. Derartige Kathodenkunden dauernden Beschuß mit 600 Impulsen von strahlröhren sind bekannt als Direktsichtspeicherje 150 Mikrosekunden Dauer und 1 Mikroampere röhren.

Stromstärke. Die untere Kurve B gibt die Leitfähig- Bislang wurden Bildspeicher verwendet, die nach keitsänderung für einen Zeitpunkt an, der 5 Sekunden drei verschiedenen Prinzipien arbeiten. Vielleicht der nach Beendigung des Beschüsses liegt. Man entnimmt ao früheste Lösungsweg zur Herstellung von Bildspeicherden Kurven, daß die maximale Änderung der Leit- röhren besteht in der Benutzung lange nachleuchtender fähigkeit als Folge dieses Beschüsses beinahe vier Phosphore für den Bildschirm, die auch dann noch Zehnerpotenzen höher ist als die Leitfähigkeit vor leuchten, wenn die Anregung schon beendet ist. Ein dem Beschuß. Weiterhin sieht man, daß infolge der zweiter Lösungsweg, der den bisher größten Erfolg Tatsache, daß die Sperrschicht 10 der Bodenelektrode 4 25 hatte, besteht in der Benutzung einer Direktsichtbenachbart ist, kein merkliches Erinnerungsvermögen kathodenstrahlröhre mit einer Speicherschicht, auf für Leitfähigkeitsänderungen auftritt, solange der der durch einen Abtastelektronenstrahl ein elektro-Elektronenstrahl die dielektrische Schichte nicht so statisches Ladungsmuster geschrieben wird, welches weit durchdringt, daß er die Sperrschicht 10 erreicht, der zu speichernden Information entspricht. Die was bei einer Strahlenergie von etwa 8 Kilovolt der 30 Speicherschicht wird zusätzlich mit Elektronen aus Fall ist. Diese Messungen wurden bei einer Vor- einer zweiten Kathode überflutet, die gelegentlich spannung von 1,5 Volt an der dielektrischen Schicht 6 Sichtstromkathode genannt wird. Diese Elektronen vorgenommen. Die größte relative Änderung der durchdringen die Speicherschicht in Übereinstimmung Leitfähigkeit findet beim Maximalwert der angelegten mit dem auf ihr befindlichen Ladungsmuster und Vorspannung statt, bei dem noch kein elektrischer 35 treffen dann auf den Bildschirm, den sie zum Leuchten Durchschlag erfolgt. Das ist die gleiche Spannung, bringen. Typisch für derartige Direktsichtspeicherbei der auch das maximale Gleichrichtungsverhältnis röhren sind die Vorrichtungen, die in den USA.-beobachtet wird. Patenten 2 790 929, 3 086 139 beschrieben sind. Beim

Wird die Sperrschicht 10 so gebildet, daß sie der erstgenannten Patent wird die Speicherfunktion durch

oberen Elektrode 2 benachbart ist, so ergibt sich die 40 Ausnutzung der Sekundärelektronenemission bewirkt;

in F i g. 8 dagestellte Wirkung der Elektronenstrahl- beim zweiten Patent werden Speicher- und/oder

anregung. Da der Elektronenstrahl in diesem Fall die selektive Löschfunktion durch Ausnutzung der durch

Sperrschicht 10 praktisch unmittelbar nach Eintritt Elektronenbeschuß induzierten Leitfähigkeit und der

in die dielektrische Schicht 6 trifft, tritt ein starkes Sekundärelektronenemission bewerkstelligt.

Erinnerungsvermögen für Leitfähigkeitsänderungen 45 Eine dritte Art von Bildspeichern benutzt elektro-

schon bei viel niedrigeren Strahlenergien auf, als wenn lumineszierende Wiedergabetafeln, bei denen eine

sich die Sperrschicht in der Nähe der Bodenelektrode 4 sichtbare Bildwiedergabe dadurch bewirkt wird, daß

befindet. Mit steigender Strahlenergie wird immer ein der wiederzugebeneden Information entsprechendes

weniger Energie in der Sperrschicht 10 absorbiert, elektrisches Feldmuster an eine Schicht von elektro-

so daß die aufrechterhaltene relative Leitfähigkeits- 50 lumineszierendem Material gelegt wird. Es wurde

änderung wieder abnimmt. auch schon vorgeschlagen, das benötigte elektrische

InFi g. 9 ist die Leitfähigkeitsänderung als Funktion Feldmuster dadurch aufzubauen, daß eine Schicht der anregenden Impulse dargestellt. Der Einfluß der mit durch Elektronenbeschuß induzierbarer Leitfähigersten wenigen Impulse ist verhältnismäßig un- keit in einer Kathodenstrahlröhre mittels eines Elekbedeutend, was aus den Kurven der F i g. 9 allerdings 55 tronenstrahls abgetastet wird. Typische Wiedergabenicht zu entnehmen ist. Mit zunehmender Impulszahl röhren dieser Art werden in den USA.-Patenten nimmt die Empfindlichkeit zu, und man gewinnt den 3 087 085, 3 087 086 beschrieben.
Eindruck, daß eine Art Sättigung für hohe Impuls- Diese früheren Vorschläge zur Herstellung von zahlen eintritt. Bei den in F i g. 9 dargestellten Kurven Speicherwiedergabegeräten leiden alle unter Bewar die Elektronenstrahlenergie 14 Kilovolt, der 60 grenzungen hinsichtlich ihrer Speicher- oder Auflöse-Strahlstrom 1 Mikroampere, die Impulsdauer 150 Mi- kapazität oder hinsichtlich beider Eigenschaften. So krosekunden, der Strahldurchmesser 0,25 cm und die ist bei Röhren mit lange nachleuchtenden Phosphoren angelegte Feldstärke3 · 10⁴ Volt/cm bei einer 0,5 Mikron nicht nur die Nachleuchtdauer fixiert, sondern Indicken dielektrischen Schicht. Die Sperrschicht 10 formationen, die über einen wesentlichen Bruchteil war der Bodenelektrode 4 benachbart. 65 einer Sekunde hinaus gespeichert werden, weisen

Die oben angegebenen Daten beschreiben die An- einen Abfall der Leuchtdichte auf so kleine Werte auf,

regung mittels Elektronenstrahlen. Es wurde jedoch daß man Dunkeladaption für die Beobachtung braucht,

gefunden, daß sich die Gebilde mit durch ein Feld Außerdem benutzen diese Röhren meist abglelagerte

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Phosphorsubstanzen und haben deshalb ein durch die In Fig. 10 ist eine Sichtspeicherröhre dargestellt.

Korngröße der Phosphormaterialien begrenztes Auf- Sie enthält eine evakuierte Hülle 30 mit einem großen lösungsvermögen. Direktsichtspeicherröhren, die eine birnenförmigen Teil 32 und einem Hals 34 von separate Speicherschicht und Flutelektronen benutzen, kleinerem Durchmesser. In einem Ende des Halshaben den Nachteil, daß ihr Auflösungsvermögen 5 teils 34 ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 36 durch die Maschenstruktur stark eingeengt wird und angebracht; es enthält eine Kathode 38, ein Intensitätssie verhältnismäßig komplizierte Schaltungen be- modulationsgitter 40 und ein strahlformendes Glied 42. nötigen. Die Speichervorrichtungen mit elektro- Jedes herkömmliche Strahlerzeugungssystem kann in lumineszierenden Leuchtstoffen leiden unter einer einer erfindungsgemäß aufgebauten Röhre verwendet Bildverwaschung infolge Rückkopplung des Lichts io werden; eine genauere Beschreibung des Strahlaus den angeregten Leuchtstoffen. Wo dieses Ver- erzeugungssystems erübrigt sich deshalb. Zwischen waschen durch komplizierte Gebilde beseitigt wurde, dem Strahlerzeugungssystem 36 und dem birnenleiden die Vorrichtungen immer noch unter schlechter förmigen Teil 32 befindet sich ein außen auf dem Auflösung, die durch die Anwesenheit eben dieser Halsteil 34 sitzendes elektromagnetisches Ablenkkomplizierten Gebilde bewirkt wird. Bei derartigen 15 joch 44. Der von dem Strahlerzeugungssystem 36 Röhren, wie sie in den erwähnten USA.-Patenten erzeugte Elektronenstrahl wird in Richtung des 3 087 085, 3 087 086 beschrieben werden, wird die Ablenkjochs 44 durch den Halsteil 34 geschickt, durch Elektronenbeschuß induzierte Leitfähigkeit Beim Durchtritt durch die vom Ablenkjoch 44 ermit Hilfe von Siliziumdioxyd- oder Bariumtitanat- zeugten elektromagnetischen Felder kann der Elekmaterial erreicht. Die Patente enthalten keine Angaben 20 tronenstrahl horizontal und vertikal in bezug auf die darüber, inwieweit die Siliziumdioxyd-Speicherschicht Achse der Röhre 30 abgelenkt werden. An Stelle des gein der Lage ist, elektrische Ladungen eine gewisse zeigten elektromagnetischen Ablenksystems kann auch Zeit festzuhalten. Im USA.-Patent 3 087 086 wird an- ein elektrostatisches Ablenksystem benutzt werden, um gegeben, daß die dem Bild entsprechenden Ladungen die Elektronen in der gewünschten Weise abzulenken, auf der Speicherplatte so lange festgehalten werden, 25 Das dem Halsteil 34 gegenüberliegende Ende des bis die Potentiale an den Kapazitäten sich durch Leck- großen birnenförmigen Teils 32 ist mit einem optisch ströme abgebaut haben, wozu bei Bariumtitanat transparenten Schirmträgerteil 46 versehen, welcher mehrere Stunden vonnöten sind. Nach den genannten der Unterlage 8 bei dem in F i g. 1 dargestellten Ge-Patenten muß man deshalb das gesamte gespeicherte bilde entspricht. Auf der Innenfläche des Schirm-Ladungsmuster entladen, um ein gespeichertes Bild 30 trägers 46 ist ein Schirmgebilde 50 angebracht, das eine löschen oder neue Information darstellen zu können. optisch transparente, elektrisch leitende Elektrode 51 Kurz gesagt lassen sich erfindungsgemäße Gebilde in Form einer dünnen Schicht aus Metall, z. B. aus mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit Gold, enthält, welche der Bodenelektrode 4 in F i g. 1 vorteilhaft in einer Direktsichtspeicherröhre ver- entspricht. Derartige transparente leitfähige Elektroden wenden, bei der eine Leuchtstoffschicht, deren Licht- 35 sind bekannt und können auch aus anderen Materialien austritt durch ein angelegtes Feld moduliert werden als Metallen bestehen. So kann man z. B. eine dünne kann, zwischen zwei Elektrodenschichten auf der Schicht aus Zinnoxyd für diesen Zweck benutzen. Sichtscheibe einer Kathodenstrahlröhre in dieser an- Auf der transparenten Schicht 51 ist eine Leuchtstoffgeordnet ist. Die Elektrodenschichten dienen dazu, schicht 52 angebracht. Das Material des Leuchtstoffs das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Leucht- 40 soll von der Art sein, daß der Lichtaustritt durch ein Stoffschicht zu ermöglichen, und zwar eines von Punkt angelegtes elektrisches Feld moduliert werden kann zu Punkt variablen Feldes, so daß sich die Lumineszenz bzw. daß das elektrische Feld Lumineszenz bewirkt, der Leuchtstoff schicht modulieren läßt. Der Leucht- Ein geeigneter Leuchtstoff von elektrolumineszierendem stoff kann ein elektrolumineszierender Leucthstoff Typ ist z. B. Mangan oder mit Chlor aktiviertes Zinksein, so daß die Lumineszenz des Leuchtstoffs durch 45 oder Kadmiumsulfid. Eine genauere Beschreibung das elektrische Feld nicht nur moduliert, sondern auch geeigneter elektrolumineszierender Leuchtstoffe für erzeugt wird. Die der Glaswand der Röhre benachbarte die Röhre sowie deren Herstellung findet sich in einem Elektrodenschicht ist optisch transparent, so daß man Artikel von W. A. T h ο r η t ο η in Journal of das von der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht be- Applied Physics (1959), Bd. 30, S. 123.
obachten kann. Die andere Elektrodenschicht besteht 50 Eine dünne Schicht 54 aus Material mit durch ein aus einem erfindungsgemäßen Speichergebilde mit Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit ist auf die durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit, das elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht 52 aufso eingerichtet ist, daß es mit einem Elektronenstrahl gebracht. Diese Schicht 54 besteht aus Kadmiumsulfid abgetastet werden kann, so daß man die gewünschten und hat eine Sperrschicht 56, wie oben beschrieben elektrischen Felder an der Leuchtstoffschicht in 55 wurde. Eine elektronendurchlässige Elektroden-Punkt-zu-Punkt-Weise herstellen kann. Es wurde schicht 58, die z.B. eine dünne Schicht aus im Vakuum auch daran gedacht, Mittel vorzusehen, die das von aufgedampftem Aluminium sein kann, ist der Schicht54 der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht daran hindern, überlagert. Die Wand der Röhre 30 hat Durchzurück in das erfindungsgemäß aufgebaute Speicher- führungen von den Elektrodenschichten 51 und 58 gebilde zu gelangen, und zwar in den Fällen, wo die 60 _zu einer Spannungsquelle 60 und 62, mittels deren ein Photoempfindlichkeit dieses Gebildes schädlich ist. bestimmtes elektrisches Feld aufgebaut werden kann, Es wird so möglich, eine Direktsichtspeicherröhre in welchem sich sowohl die Schicht 54 mit dem Sperrherzustellen, die ein verhältnismäßig einfaches und bereich 56 als auch die elektrolumineszierende Leuchtmaschenloses Speichergebilde enthält, das verhältnis- Stoffschicht 52 befindet.

mäßig einfach herzustellen ist, da verschiedene 65 Während des Betriebs tastet der Elektronenstrahl Elemente des Speichergebildes durch Aufdampfen von dem Strahlerzeugungssystem 36, der in Übereinhergestellt werden können, ohne daß eine tragende Stimmung mit Informationssignalen moduliert ist, Netz- oder Gitterelektrode nötig wäre. das Schirmgebilde 50 ab. Dabei wird die Schicht 54

mit durch das elektrische Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit in einer Punkt-zu-Punkt-Weise leitfähig, wobei der Grad der Leitfähigkeit von der Modulation des Elektronenstrahls abhängt. Dabei erhöht sich die elektrische Feldstärke an der elektrolumineszierenden Schicht 52 auf ähnliche Punkt-zu-Punkt-Weise, wodurch diese Leuchtstoff schicht zum Leuchten angeregt wird und eine bildliche Darstellung liefert, die der darzustellenden Information entspricht. Da die Leitfähigkeit der Schicht 54 aufrechterhalten bleibt, auch wenn der die Schicht beschießende Elektronenstrahl abgeschaltet wird, bleibt die elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht angeregt und fährt zu leuchten fort. Gespeicherte Bilder können dadurch gelöscht werden, daß man sich einfach auf den Abbau der Leitfähigkeit in der Schicht 54, der von selbst in einer Zeit von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten erfolgt, verläßt. Außerdem kann man jederzeit die Kadmiumsulfidschicht 54 in ihren Zustand vor der Anregung bzw. vor dem Elektronenbeschuß zurückversetzen, ao indem man das anliegende elektrische Feld für einen Moment umpolt.

Mit größerer Genauigkeit beschreiben und besser verstehen läßt sich die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Direktsichtspeicherröhre mit Hilfe des in F i g. 11 dargestellten Ersatzschaltbildes. Die Admittanz jeder der beiden Schichten (der Schicht 54 mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit und der elektrolumineszierenden Schicht 52) hat eine kapazitive und eine Leitfähigkeitskomponente, die mit C₁ und ^₁ für die Schicht 54 und mit C₂ und g₂ für die elektrolumineszierende Schicht 52 bezeichnet sind. Das Schaltungsäquivalent der durch das Feld aufrechterhaltbaren Leitfähigkeit ist durch die Leitfähigkeit gi in Reihe mit einem Schalter dargestellt, wobei gi und der Schalter parallel zu g₁ liegen und wobei gi viel größer ist als g_v Die Tätigkeit des Elektronenstrahls wird im Ersatzschaltbild durch ein Schließen des Schalters veranschaulicht, wodurch g_x' einen Beipaß für g₁ darstellt, d. h. die Schicht 54 mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit einfach kurzschließt. Der Effekt der durch das Feld bestehenbleibenden Leitfähigkeit wird dadurch veranschaulicht, daß der Schalter auch dann geschlossen bleibt, wenn der Elektronenbeschuß aufgehört hat. Das Löschen wird durch das Wiederöffnen des Schalters dargestellt. Wenn in der Substanz mit der durch ein Feld aufrechterhaltbaren Leitfähigkeit die durch die Anregung hervorgerufene hohe Leitfähigkeit langsam wieder auf ihren Wert vor der Anregung abfällt, so ist g_t' eine Funktion der Zeit.

Die Tätigkeit der Spannungsumschaltung durch die Schicht mit der durch ein Feld aufrechterhaltbaren Leitfähigkeit läßt sich verstehen, wenn man daran denkt, daß die Impedanz dieser Schicht 54 im nicht angeregten Zustand wesentlich größer ist als die Impedanz der elektrolumineszierenden Schicht 52. Unter diesen Umständen fällt praktisch die gesamte Spannung an der Schicht 54 ab, und die elektrolumineszierende Schicht 52 bleibt dunkel. Als Folge des Elektronenbeschusses wird die Impedanz der Schicht 54 wesentlich kleiner, was zu einer Erhöhung des Spannungsabfalls an der Schicht 52 führt, wodurch diese zum Leuchten gebracht wird. Da die induzierte Leitfähigkeit dem Elektronenstrahlstrom proportional ist, ist es möglich, die Spannung in variabler Weise zu beeinflussen bzw. zu schalten, wodurch verschiedene Grautöne dargestellt werden können.

In Fig. 12 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speicherschirms dargestellt, die sich zum Einsatz in einer maschenfreien Speicherröhre eignet und bei der der Schirm mit Vorrichtungen versehen ist, die jede optische Rückkopplung zwischen der Schicht 54 mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit und der elektrolumineszierenden Schicht verhindert. Abgesehen von der undurchsichtigen, elektrisch isolierenden Schicht 65, die zwischen der Schicht 54 und der elektrolumineszierenden Schicht 52 angebracht ist, ist der Speicherschirm nach F i g. 12 identisch mit dem nach F i g. 10 und arbeitet auch auf gleiche Weise. Die undurchsichtige Schicht kann z. B. aus Chromsulfid bestehen und läßt Photonen, die in der elektrolumineszierenden Schicht gebildet werden, wirksam davon ab, auf die Schicht 54 zu gelangen und deren Leitfähigkeit schädlich zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche:

1. Geschichteter Körper, bestehend aus einer elektrisch isolierenden tragenden Unterlage, einer ersten Elektrode in Form einer elektrisch leitenden, auf die Unterlage aufgebrachten Schicht, einer auf die erste Elektrode aufgebrachten kadmiumhaltigen Schicht, die bei Bestrahlung durch Licht oder Elektronen elektrisch leitend wird und ihre elektrische Leitfähigkeit bei einem angelegten elektrischen Feld auch nach Abschalten der Bestrahlung beibehält, und einer zweiten Elektrode in Form einer auf die kadmiumhaltige Schicht aufgebrachten leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der zwei Elektroden aus einer Aluminiumschicht und die kadmiumhaltige Schicht aus Kadmiumsulfid besteht und daß die Kadmiumsulfidschicht an der der Aluminiumschicht zugewandten Seite eine Sperrschicht enthält.

2. Geschichteter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der zwei Elektroden aus Aluminium, Platin, Zinnoxyd, Gold, Indium, Palladium oder Rhodium besteht.

3. Geschichteter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumelektrode, benachbart zu der in der Kadmiumsulfidschicht die Sperrschicht ausgebildet ist, auf der tragenden Unterlage angeordnet ist.

4. Geschichteter Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, die der sperrschichtfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht benachbart ist, auf der tragenden Unterlage angeordnet ist.

5. Geschichteter Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung als Bildspeicher in einer elektronischen Sichtspeicherröhre die der sperrschichtfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht zugewandte Elektrode(51) durchsichtig und zwischen ihr und der Kadmiumsulfidschicht (54) eine lumineszierende Schicht (52) angeordnet ist, deren Lumineszenz durch ein auf sie einwirkendes elektrisches Feld modulierbar ist.

6. Geschichteter Körper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lumineszierenden Schicht (52) und der Kadmiumsulfidschicht (54) eine undurchsichtige, elektrisch nichtleitende Schicht (65) angeordnet ist.

909583/121

7. Geschichteter Körper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchsichtige, elektrisch nichtleitende Schicht (65) aus Chromsulfid besteht.

8. Verfahren zur Herstellung der Sperrschicht in dem geschichteten Körper nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht durch Erhitzen der Kadmiumsulfidschicht und der Aluminiumschicht in einer schwefelhaltigen Atmosphäre hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kadmiumsulfidschicht und die Aluminiumschicht miteinander in Berührung gebracht und einer mindestens 2stündigen Wärme-

behandlung beider Teile bei 200 bis 400⁰C unterworfen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwefelhaltige Atmosphäre im wesentlichen aus Schwefelwasserstoff besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schwefelhaltige Atmosphäre im wesentlichen aus Schwefeldioxyd besteht.

12. Verfahren zur Herstellung der Kadmiumsulfidschicht in dem geschichteten Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kadmiumsulfidschicht durch schrittweises Aufbringen dünner Filme aus Kadmiumsulfid von je etwa 0,25 Mikron Stärke hergestellt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen