DE1489986C - Geschichteter Könper mit durch Bestrahlung anregbarer elektrischer Leitfähigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geschichteten 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 Abschaltung der Bestrahlung beibehält, und einer zweiten Elektrode in Form einer auf die kadmiumhaltige Schicht aufgebrachten leitfähigen Schicht.

Das Phänomen der durch ein Feld aufrechterhaltenen Leitfähigkeit wurde bereits früher beobachtet und beschrieben. So benutzte F. H. N i c ο 11 den Leitfähigkeitsspeichereffekt von · Kadmiumselenidpulver bei Bildspeichervorrichtungen und veröffentlichte darüber einen Bericht unter dem Titel »A Hysteresis Effekt in Cadmium Selenide and Its Use in a Solid-State-Image Storage Device« (RCA-Review, Bd. 19, März 1958, S. 77 bis 85). N i c ο 11 stellte fest, daß sich die Leitfähigkeit sowohl bei angelegtem Gleichfeld wie auch angelegtem Wechselfeld durch einen optischen Anregungsimpuls von einem niedrigen auf einen hohen Wert heraufsetzen ließ. Die Spannung, bei welcher dieses Heraufsetzen erfolgte, hing ab von der Stärke des einfallenden Lichts. Sein Element mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit bestand aus einem Gemisch von Kadmiumselenidpulver mit 1% Kunststoffbindemittel aus Äthylzellulose, das zwischen zwei transparenten Elektroden untergebracht war. Er berichtet weiter, daß der Dunkelstrom seines Photoleiters zunächst mäßig anstieg, um dann bei einer kritischen Spannung (von 670 Volt) um etwa drei Größenordnungen in die Höhe zu springen. Beim Absenken der Spannung nahm der Strom so lange langsam ab, bis eine zweite kritische Spannung erreicht wurde, bei der der Strom scharf bis auf seinen ursprünglichen Wert abfiel. N i c ο 11 gab zwar keine Erklärung für diesen Effekt; er schlug jedoch seine Verwendung für eine Festkörper-Bildwiedergabevorrichtung vor, die sich der Leitfähigkeitsänderungen in dem Element mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit bedient, um eine Modulation des Lichtaustritts aus einer angrenzenden elektrolumineszierenden Schicht zu bewirken. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die durch ein Feld aufrechterhaltene Leitfähigkeit bei Nico 11 in einem Pulver auftritt, daß die gespeicherten Leitfähigkeitsniveaus nur bistabil sind (d. h. entweder »an« oder »aus« ohne Zwischenwerte oder Halbtöhe) und daß die Anregung nur durch Licht erfolgt, da die Schichtdicke eine Elektronenstrahlanregung offensichtlich praktisch undurchführbar macht, weil man hierbei extrem hohe Strahlenergien benötigen würde.

Effekte dieser Art, d. h. mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit, werden auch in der USA.-Patentschrift 3 046 431 mit dem Titel »Storage Systems« von J. F. Nicholson beschrieben. Das von Nicholson verwendete Material mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit hat die Form eines dünnen Films, und es wird angegeben, wie es in einer vidiconähnlichen Röhre als Speicherelektrode verwendet werden kann. Nicholsons Speicherelektrode besteht aus zwei Schichten, von denen eine ein homogenes Gemisch aus Arsen und Selen ist, das bis zu einer Schichtdicke von 5 Mikron auf eine Unterlage aufgetragen wird. Die zweite Schicht besteht aus Antimon-Trisulfid und hat etwa die gleiche Dicke wie die Schicht aus Arsen und Selen. Nicholson führt aus, daß bei seiner Speicherelektrode, wenn sie einem Lichtsignal ausgesetzt und dann abgedeckt wird, um weitere Beleuchtung zu unterbinden, die erwartete unmittelbare Auslöschung des Bildes nicht auftritt, sondern daß das Bild zwischen 5 Minuten und einer , Stunde durch normales Abtasten, wie es beim Fernsehbetrieb üblich ist, sichtbar gemacht werden kann.

to Um das gespeicherte Bild zu löschen, muß der Elektronenstrahl für eine Zeitspanne von mehr als einigen Sekunden so vorgespannt werden, daß die Speicherelektrodenspannung abgeschaltet oder auf Null reduziert wird. Die Löschzeit kann verkürzt werden, indem man die Speicherelektrode mit einer Lichtquelle hoher Leistung beleuchtet,

Hervorgehoben sei, daß Nicholsons Speicherelektrode aus einer aufgedampften Schicht von etwa 10 Mikron Dicke besteht und nur durch Licht angeregt wird, da die Dicke der Schicht eine schnelle Anregung mit Elektronenstrahlen wegen der zur Durchdringung solch dicker Schicht notwendigen äußerst hohen Strahlenergien unpraktisch erscheinen läßt. Diese Schwierigkeit läßt sich am besten verstehen, wenn man die Beziehung betrachtet, die zwischen der Elektronenstrahlenergie und der Reichweite X₀ besteht. Sie lautet:

X₀ = ^R~ mit R = 0,0015 E¹'³⁶.
Q

Dabei ist R das Reichweitengewicht in Milligramm pro Quadratzentimeter, E die Strahlenenergie in Kilovolt und ο die Dichte der Schicht. Nimmt man 10 kV als den maximal in der Praxis vertretbaren Wert für E an, dann ist

. . 0 .

R = 0,0015 · 10¹·» = 0,0015 · 22,4 = 257 -10-· g/cm².·

Die Reichweite X₀ ergibt sich dann für Antimontrisulfid (ρ = 4 g/cm³) .

ν ^R 257·10-" ,. _in .

X₀ = — = = 64 · 10-» cm

= 0,64 Mikron.

Ein 10-kV-Elektronenstrahl durchdringt mithin etwa 6°/o der Schichtdicke und bewirkt deshalb nur geringe VeränderungeninderLeitfähigkeitdes Materials. Um mit praktisch vertretbaren Werten der Strahlenergie auf derartigen Speicherelektroden schreiben zu können, sollte die Dicke der Speicherschicht 1 bis 2 Mikron nicht überschreiten. Eine Verkleinerung der Schichtdicke von Nicholsons Speicherelektrode auf etwa 1 Mikron würde jedoch kaum eine brauchbare Struktur der Speicherelektrode zur Folge haben, da man seinen Angaben entnehmen kann, daß bei Feldstärken über 10* V/cm der Dunkelleckstrom so weit ansteigt, daß er den von den Signalen erzeugten Strom stört. Im Fall einer 1 Mikron dicken Speicherschicht wäre der Betrieb also auf etwa 1 Volt begrenzt, eine Spannung, die zu niedrig ist, um eine Elektronen-Strahlabtastung der durch den optischen Eingang erzeugten Feldmodulation zu erlauben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geschichteten Körper der eingangs bezeichneten Art dadurch zu verbessern, daß ein Material gefunden wird, das sich in Form einer dünnen Schicht ^erstellen läßt, das elektrische Ladungen auf einer Vielzahl von Leitfähigkeitsniveaus speichern kann, das

aufeinanderfolgende Anregungen integriert, das eine thermische Vakuumbehandlung· bei 300 bis 400⁰C aushält, das ohne elektrischen Durchschlag Feldstärken von 10⁵ V/cm verträgt und sich sowohl mit Licht als auch mit Elektronenstrahlen oder auch mit beiden anregen läßt. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, 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. Die dem geschichteten Körper damit verliehene Fähigkeit, ein Feld von 10⁶ V/cm ohne Durchschlag auszuhalten, bedeutet, daß sich eine Schicht von 1 Mikron Dicke mit 10 Volt betreiben läßt. Dadurch wird es möglich, den geschichteten Körper mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit dünn genug zu gestalten, um ein Beschreiben mittels Elektronenstrahls zuzulassen und ihn gleichzeitig noch mit genügend hohen Spannungen zu betreiben, um. ein Ablesen mittels Elektronenstrahls zu ermöglichen.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht die andere der zwei Elektroden des geschichteten Körpers aus Aluminium, Platin, Zinnoxyd, Gold, Indium, Palladium oder Rhodium. Ferner entspricht es einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, daß die Aluminiumelektrode, benachbart zu der in der Kadmiumsulfidschicht die Sperrschicht ausgebildet ist, auf der tragenden Unterlage angeordnet ist. Endlich empfiehlt es sich, den geschichteten Körper so zu gestalten, daß die Elektrode, die der sperrschichtfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht benachbart ist, auf der tragenden Unterlage angeordnet ist.

Was die in dem geschichteten Körper nach der Erfindung vorgeshene Sperrschicht betrifft, so sieht die Erfindung ein zur Herstellung dieser Sperrschicht besonders geeignetes Verfahren vor. Dieses Verfahren besteht darin, daß die Sperrschicht durch Erhitzen der Kadmiumsulfidschicht und der Aluminiumschicht in einer schwefelhaltigen Atmosphäre hergestellt wird. Dies kann in einer Ausführungsform des Verfahrens dadurch geschehen, daß die Kadmiumsulfidschicht und die Aluminiumschicht miteinander in Berührung gebracht und einer mindestens 2stündigen Wärmebehandlung beider Teile bei 200 bis 400⁰C unterworfen werden. Eine weitere Ausführungsform dieses Verfahrens sieht vor, daß die schwefelhaltige Atmosphäre im wesentlichen aus Schwefelwasserstoff besteht. Abweichend hiervon kann die . schwefelhaltige Atmosphäre aber auch im wesentlichen aus Schwefeldioxyd bestehen. Bei allen diesen Maßnahmen empfiehlt es sich gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung,, die Kadmiumsulfidschicht durch schrittweises Aufbringen dünner Filme aus Kadmiumsulfid von je etwa 0,25 Mikron Stärke herzustellen.

Ein geschichteter Körper nach der Erfindung kann mit Vorteil als Bildspeicher in einer elektronischen Sichtspeicherröhre angewendet werden. Für diesen Zweck sieht die Erfindung vor, daß die der sperrschichtfreien Seite der Kadmiumsulfidschicht zugewandte Elektrode durchsichtig und zwischen ihr und der Kadmiumsulfidschicht eine lumineszierende Schicht angeordnet ist, deren Lumineszenz durch ein auf sie einwirkendes elektrisches Feld modulierbar ist. Dabei entspricht es der bevorzugten Ausführung dieser Anwendung des geschichteten Körpers, daß zwischen der lumineszierenden Schicht und der Kadmiumsulfidschicht eine undurchsichtige, elektrisch nichtleitende Schicht angeordnet ist. Diese undurchsichtige, elektrisch nichtleitende Schicht besteht vorzugsweise aus Chromsulfid.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung. Dort zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß gestalteten Vorrichtung mit durch ein Feld aufrechterhaltener Leitfähigkeit,

F i g. 2 eine Apparatur, mittels deren erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtungen oder Elemente herstellbar sind,

F i g. 3 die Strom-Spannungs-Kennlinie erfindungsgemäß gestalteter Vorrichtungen in Abhängigkeit von den während ihrer Herstellung verwendeten Behandlungstemperaturen,

F i g. 4 die Strom-Spannungs-Kennlinie erfindungsgemäß gestalteter Vorrichtungen in Abhängigkeit von den während ihrer Herstellung verwendeten Wärmebehandlungszeiten,

F i g. 5 eine typische Strom-Spannungs-Kurvc eines erfindungsgemäß gestalteten Gebildes, bei der sich der Sperrbereich in der Nachbarschaft der Bodenelektrode bildet,

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Gleichrichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von der angelegten Spannung,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsänderung von der primären Strahlenergie, die auf ein erfindungsgemäß gestaltetes Gebilde trifft,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsänderung von der primären Strahlenergie bei einem erfindungsgemäß gestalteten Gebilde, bei dem· der Sperrbereich an der oberen Elektrode liegt,

F i g. 9 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der bestehenbleibenden relativen Leitfähigkeitsänderung von der Anzahl anregender Impulse, die einem erfindungsgemäß gestalteten Gebilde zugeführt werden,

F i g. 10 einen teilweise geschnittenen schematischen Aufriß einer Direktsichtspeicherröhre, die ein erfindungsgemäßes Gebilde enthält,

F i g. 11 ein Ersatzschaltbild der Röhre nach Fig. 10 und . ,

Fig. 12 einen Querschnitt eines Teils einer in die Röhre nach F i g. 10 wahlweise einsetzbaren Speicheranordnung.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht im wesentliehen aus zwei Elektroden 2 und 4, die in Kontakt sind mit einander abgewandten Seiten einer aus Kadmiumsulfid-Dielektrikum bestehenden dünnen Schicht 6. Wegen der Dünnschichteigenschaften der Vorrichtung braucht man eine tragende Unterlage 8, die aus Glas sein kann. Einfachheitshalber sei im folgenden die Elektrode 4, die die Unterlage 8 berührt, als untere Elektrode oder Bodenelektrode und die auf der anderen Seite des Dielektrikums 6 angebrachte Elektrode als ödere Elektrode bezeichnet. Benachbart zu einer der Elektroden ist eine Sperrschicht 10 in das Kadmiumsulfid-Dielektrikum eingebettet. Es wurde festgestellt, daß das elektrische Verhalten in kritischer Weise abhängt von der Ausbildung dieses dünnen Sperrschichtbereichs. Dabei handelt es sich um die Fähigkeit, infolge von Anregung durch Licht oder Elektronenbeschuß eine Leitfähigkeitszunahme zu zeigen, diese Leitfähigkeitsänderung zu speichern, aufeinanderfolgende Anregungen zu integrieren und

als Folge einer momentanen Umkehr oder Wegnahme des am Dielektrikum liegenden Feldes in den nichtleitenden Zustand zurückzukehren. Wenn auch die genaue Natur des Sperrbereichs bisher nicht ganz erforscht ist, soll seine Bildung hier doch im einzelnen beschrieben werden. Der Sperrbereich kann entweder in der Nachbarschaft der oberen Elektrode 2 oder der unteren Elektrode 4 gebildet werden.
' Die Herstellung einer erfindungsgemäß arbeitenden Vorrichtung läßt sich in folgende vier Grundschritte einteilen:

a) Aufdampfen der Bodenelektrode 4 auf die Unterlage 8,

b) Aufdampfen der dielektrischen Schicht 6 auf die Bodenelektrode 4,

c) Wärmebehandlung zwecks Bildung der Sperrschicht 10, sofern diese der Bodenelektrode 4 benachbart entstehen soll,

d) Aufbringen der oberen Elektrode 2.

. Soll sich die Sperrschicht 10 in der Nähe der oberen Elektrode 2 bilden, so wird die Wärmebehandlung des dritten Schritts nochmals durchgeführt, nachdem die obere Elektrode aufgebracht wurde. Gemäß diesem Schema soll jetzt die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden. Selbstverständlich sind vielerlei Abwandlungen des Verfahrens möglich, und auch die Dimensionen und die Gestalt der Vorrichtung sind nur als Beispiel aufzufassen.

Der die Unterlage 8 bildende Teil kann ein Glasplättchen (Durchziehglas) sein, welches wegen seiner glatten Oberfläche, seiner leichten Beschaffbarkeit in geeigneten Größen und wegen seiner elektrischen Isoliereigenschaften benutzt wird. Für die Verwendung in der Vorrichtung wird die Glasunterlage 8 sorgfältig vorbereitet. Es wurde festgestellt, daß sich besonders gute Ergebnisse zeigten, wenn man Glasplättchen benutzte, die zuerst in entionisiertem Wasser gespült und dann mit einem Baumwolltuch abgerieben wurden, auf welchem Kreide (Kalziumkarbonat) abgeschieden war. Danach wurden die Plättchen der Reihe nach mit entionisiertem Wasser, verdünnter Salpetersäure und entionisiertem Wasser gespült. Schließlich wurden sie in einer Zentrifuge schleudergetrocknet und in einem erwärmten Kasten bis zum nächsten Verfahrensschritt, der in der Bildung der Bodenelektrode 4 besteht, gelagert.

Bei einer typischen Ausführungsform wurde eine 50 χ 75. χ 1,6 mm große Glasscheibe benutzt, um daraus die Unterlage 8 herzustellen. Mittels bekannter Abdeckmethoden wurde auf dieser Glasplatte die Bodenelektrode 4 in der Form eines 25 χ SO mm großen Rechtecks gebildet. Als Material für die Bodenelektrode 4 wird Aluminium verwendet, das mittels geläufiger Auf dampf methoden auf die Unterlage aufgebracht wird. Bei einem typischen Beispiel wird aus 1,6 mm starkem Reinaluminiumdraht eine flache Spule von etwa 15 cm Länge hergestellt und auf ein Wolframheizelcment von etwa 25 mm Durchmesser gelegt. Das Wolframheizelement enthält eine Spule aus drei Wolframdrahtfäden von je 0,8 mm Durchmesser, die in einem elektrolytischen Bad aus Kaliumhydroxyd gereinigt, dann mit entionisiertem Wasser gespült und in Azeton getrocknet wird, bevor sie in die Aufdampfapparatur eingesetzt wird. Auch die flache Aluminiumspule kann in Azeton gereinigt werden, bevor sie auf dem Wolframheizelement montiert wird. Die Unterlage wird in etwa 33 cm Abstand von der Aluminiumspule angeordnet, worauf die Bedampf ungsapparatur auf etwalO"⁵ Torrevakuiert wird, bevor das Aufdampfen beginnt. Das Aluminium wird völlig verdampft, wobei sich — unter Einhaltung der eben genannten Bedingungen — eine Al-Schicht von 0,5 Mikron bildet. Bei der Bildung der Bodenelektrode kommt es nicht auf übermäßige Genauigkeit an. Wünscht man eine optisch transparente Bodenelektrode, so kann man sie nur einige hundertster Mikron dick machen.

Der nächste Schritt ist das Aufdampfen des Kadmiumsulfid-Dielektrikums auf die Bodenelektrode. Bei Benutzung der Abmessungen des bis hierher beschrie-

benen Beispiels wird der dielektrische Überzug in der Größe von 38x45 mm hergestellt, so daß er die Aluminiumbodenelektrode 4 auf drei Seiten überlappt, die vierte Seite der Bodenelektrode auf etwa 8 mm für elektrische Kontaktzwecke frei bleibt. Hinsichtlich des

ao aufgedampften Kadmiumsulfidüberzugs wurde kein wesentlicher Unterschied festgestellt, ob vor dem Bedampfen die Elektrode der Atmosphäre ausgesetzt wurde oder-nicht. Anscheinend wird die Kadmiumsulfidschicht durch kleine Mengen von Verunreini-

»5 gungen in der für die Bedampfung benutzten Kadmiumsulfidquelle nicht ernstlich beeinflußt. Das benutzte Kadmiumsulfid ist von einem für elektronische Zwecke bestimmten Reinheitsgrad.

Eine bekannte Technik zur Verdampfung des Kadmiumsulfids besteht in der Verwendung eines Tantalschiffchens von etwa 75 mm Länge, 25 mm Breite und 0,05 mm Dicke, das längsgefaltet und an den Enden verschweißt ist, so daß ein kanuförmiger Verdampfer entsteht.

Die Menge an Kadmiumsulfid, die ins Verdampferschiffchen gegeben wird, ergibt sich aus der gewünschten Schichtdicke. Bei den bisher durchgeführten Experimenten wurde festgestellt, daß etwa 3,2 g Kadmiumsulfid eine aufgedampfte Schicht von etwa

1,9 Mikron Dicke ergeben. Eine genaue Überwachung der Temperatur des Tantalschiffchens ist erforderlich, um die Verdampfungsgeschwindigkeit richtig steuern zu können. .

In der Praxis wird die Aufdampfapparatur unter Benutzung einer mit flüssigem Stickstoff gefüllten Kühlfalle auf 10"* Torr evakuiert und die Temperatur des Tantalschiffchens innerhalb einer Stunde langsam auf 800⁰C erhöht. Im allgemeinen wurde es als bequem empfunden, die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von Hand zu regeln, indem man die Druckveränderungen in der Aufdampfapparatur und das Verhalten des Dielektrikums im Schiffchen beobachtet. Wird z. B. die Temperatur zu rasch erhöht, springt etwas vom Kadmiumsulfid aus dem Schiffchen heraus, oder der Druck im Verdampfer steigt übermäßig an. Das Tantalschiffchen wird am besten mit einem Glasverschluß bedeckt, der von außen bedient werden kann und so lange liegenbleibt, bis die Temperatur 800° C erreicht hat. Dann wird der Verschluß beiseite gezogen, und während der nächsten 90 Minuten wird die Temperatur gleichmäßig auf 95O⁰C erhöht und die Bedampfung so lange fortgesetzt, bis praktisch nichts mehr im Schiffchen vorhanden ist.

Auf diese Weise bildet sich eine dünne Schicht auf der Bodenelektrode 4. Soll die Sperrschicht in der Nähe der - Bodenelektrode entstehen, dann muß, wie erwähnt, eine Wärmebehandlung der Kadmiumsulfidschicht 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 doch so zu sein, daß die im folgenden beschriebene Wärmebehandlung eine Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Kadmiumsulfid in Gegenwart einer schwefelhaltigen Atmosphäre — etwa aus Schwefelwasserstoff — fördert und dabei ein dünner Bereich von Material mit sehr hohem Widerstand erzeugt wird. 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 benutzen kann. Gemäß F i g. 2 wird die Wärmebehandlung der Kadmiumsulfidschichten 6 auf den Aluminiumunterlagen 8 in einem Quarzrohr 12 vorge-

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 es z. B. bei der Elektronenröhrenherstellung der Fall ist, muß man der Auswahl des Materials für die obere Elektrode einige Aufmerksamkeit widmen. Stoffe wie Gold und Indium neigen bei Temperaturen über 100⁰C dazu, durch die Kadmiumsulfidschicht 6 zu diffundieren, wodurch elektrischer Kurzschluß der dielektrischen 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 as 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 einer normalen Gasflasche 16 ent- ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit auf minnommen und der Überdruck auf etwa 0,3 at eingestellt.
Mittels eines Durchflußmessers 18 wird eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 10 cm³/mjn 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 Schwefelwasserstoffstrom direkt ausgesetzt sind. Ferner muß eine Rückströmung des Schwefelwasserstoffstroms vermieden werden, was durch das Einschalten eines Sperrventils 22 für den aus dem Quarzrohr 12 austretenden Schwefelwasserstoff bewerkstelligt wird. Nach Veril d

destens 400⁰C während der Fertigung im Vakuum erhitzt 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 kritische Größen bei der Bildung der Sperrschicht 10 in der Kadmiumsulfidschicht. Da es bei Speichervorrichtungen wünschenswert ist, eine Vorrichtung mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit herzustellen, die nach Beendigung der Anregung maximale

lassen des Sperrventils 22 tritt der Schwefelwässerstoff 45 bestehenbleibende Anstiege der Leitfähigkeit aufweist, in einen Puffer 24 ein, dessen Aufgabe es ist, alle plötz- wurde der Einfluß von Veränderungen in der Wärme-

lichen 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 Sicherheit. Denn es ist wichtig, daß kein Schwefelwasserstoff in die Außenluft tritt. Dieses Austreten wird durch Waschflaschen 26 und 26' verhindert, in denen eine chemische Reaktion des Schwefelwasserstoffs stattfindet, und durch ein Aktivkohlefilter 28 zur Absorption des restlichen Schwefelwasserstoffs. Der Ausgang des Filters 28 geht ins Freie.

Die mit Kadmiumsulfid beschichteten Plättchen werden im Ofen sorgfältig auf bestimmte Temperaturen und mit bestimmten Zeiten erhitzt. Temperatüren und Zeiten werden im folgenden noch angegeben. Nach der Wärmebehandlung läßt man die sulfidbeschichteten Plättchen abkühlen, bevor man sie dem Ofen entnimmt. Dabei ist zu beachten, daß sie keiner übermäßigen Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Soll die Sperrschicht lü der Bodenelektrode 4 benachbart sein, so kann man die obere Elektrode aus verschiedenen Stoffen herstellen, wobei Aluminium, Platin, Zinnoxyd, behandlungstemperatur und -dauer untersucht und mit den Strom-Spannungs-Kennlinien der erfindungsgemäß gestalteten Schichten mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit verglichen, was sinnvoll ist, da in diesem Fall starke Gleichrichtungseffekte in recht guter Korrelation zu ausgeprägten Erinnerungseffekten für die Leitfähigkeit stehen. Sechs Gruppen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen wurden auf identische Weise hergestellt, ausgenommen jedoch die Behandlungstemperatur. Die Behandlungszeit betrug für jede der sechs Gruppen 2 Stunden. Gemäß F i g. 3 wurden fünf der sechs Gruppen mit den Temperaturen 100, 200, 300,400 und 500° C behandelt. Die sechste Gruppe diente als Kontrollgruppe und wurde gar nicht behandelt. Jedes Element aus jeder Probe wurde mit —1 Volt und +1 Volt geprüft. Stimmten alle oder die meisten Leckströme innerhalb weniger Prozent überein, so wurde die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Elements zum Vergleich herangezogen. Traten wesentliche 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 200⁰C 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 Kontröllgruppe 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 ih »Vacuum Deposition of Thin Gleichrichtungsverhältnis schon 100:1, und der Vor- Films« von L. H ο 11 a η d (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 300⁰C. Bei 500°C as 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 Angström 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 beder 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 wurden Anregung aufhört. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigten die 2 Stunden behandelten Proben gute Gleich- kann dadurch wieder in den Zustand geringer Leitrichtungseffekte, 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- 5° 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 — l,5Voltj 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 Fi 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- 15 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 elektroschon 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 elektroso daß die aufrechterhaltene relative Leitfähigkeits- 50 lumineszierendem Material gelegt wird. Es wurde änderung wieder abnimmt. auch schon vorgeschlagen, das benötigte elektrische InF i 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 angelegteFeldstärke3 · 10⁴ Volt/cmbeieiner0,5 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

Phosphorsubstanzen und haben deshalb ein durch die Korngröße der Phosphormaterialien begrenztes Auflösungsvermögen. Direktsichtspeicherröhren, die eine separate Speicherschicht und Flutelektronen benutzen, haben den Nachteil, daß ihr Auflösungsvermögen durch die Maschenstruktur stark eingeengt wird und sie verhältnismäßig komplizierte Schaltungen benötigen. Die Speichervorrichtungen mit elektrolumineszierenden Leuchtstoffen leiden unter einer Bildverwaschung infolge Rückkopplung des Lichts aus den angeregten Leuchtstoffen. Wo dieses Veiwaschcn durch komplizierte Gebilde beseitigt wurde, leiden die Vorrichtungen immer noch unter schlechter Auflösung, die durch die Anwesenheit eben dieser komplizierten Gebilde bewirkt wird. Bei derartigen Röhren, wie sie in den erwähnten USA.-Patenten 3 087 085, 3 087 086 beschrieben werden, wird die durch Elektronenbeschuß induzierte Leitfähigkeit mit Hilfe von Siliziumdioxyd- oder Bariumtitanatmaterial erreicht. Die Patente enthalten keine Angaben darüber, inwieweit die Siliziumdioxyd-Speicherschicht in der Lage ist, elektrische Ladungen eine gewisse Zeit festzuhalten. Im USA.-Patent 3 087 086 wird angegeben, daß die dem Bild entsprechenden Ladungen auf. der Speicherplatte so lange festgehalten werden, bis die Potentiale an den Kapazitäten sich durch Leck« ströme abgebaut haben, wozu bei Bariumtitanat mehrere Stunden vonnöten sind. Nach den genannten Patenten muß man deshalb das gesamte gespeicherte Ladungsmuster entladen, um ein gespeichertes Bild löschen oder neue Information darstellen zu können. Kurz gesagt lassen sich erfindungsgemäße Gebilde mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit vorteilhaft in einer Direktsichtspeicherröhre verwenden, bei der eine Leuchtstoffschicht, deren Lichtaustritt durch ein angelegtes Feld moduliert werden kann, zwischen zwei Elektrodenschichten auf der Sichtscheibe einer Kathodenstrahlröhre in dieser angeordnet ist. Die Elektrodenschichten dienen dazu, das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Leuchtstoffschicht zu ermöglichen, und zwar eines von Punkt zu Punkt variablen Feldes, so daß sich die Lumineszenz der Leuchtstoffschicht modulieren läßt. Der Leuchtstoff kann ein elektrolumineszierender LeucthstoS sein, so daß die Lumineszenz des Leuchtstoffs durch das elektrische Feld nicht nur moduliert, sondern auch erzeugt wird. Die der Glaswand der Röhre benachbarte Elektrodenschicht ist-optisch transparent, so daß man das von der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht beobachten kann. Die andere Elektrodenschicht besteht aus einem erfindungsgemäßen Speichergcbilde mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit, das so eingerichtet ist, daß es mit einem Elektronenstrahl abgetastet werden kann, so daß man die gewünschten elektrischen Felder an der Leuchtstoff schicht in Punkt-zu-Punkt-Weise herstellen kann. Es wurde auch daran gedacht, Mittel vorzusehen, die das von der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht daran hindern, zurück in das erfindungsgemäß aufgebaute Speichergebilde zu gelangen, und zwar in den Fällen, wo die Photoempfindlichkeit dieses Gebildes schädlich ist. Es wird so möglich, eine Direktsichtspeicherröhrc herzustellen, die ein verhältnismäßig einfaches und maschenloses Speichergebilde enthält, das verhältnismäßig einfach herzustellen ist, da %erschicdene Elemente des Speichergebildes durch Aufdampfen hergestellt werden können, ohne daß eine tragende Netz- oder Gitterelektrode nötig wäre.

In Fig. 10 ist eine Sichtspeicherröhre dargestellt. Sie enthält eine evakuierte Hülle 30 mit einem großen birnenförmigen Teil 32 und einem Hals 34 von kleinerem Durchmesser. In einem Ende des HaIs-S teils 34 ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 36 angebracht; es enthält eine Kathode 38, ein Intensitätsmodulationsgitter 40 und ein strahlformendes Glied 42. Jedes herkömmliche Strahlerzeugungssystem kann in einer erfindungsgemäß aufgebauten Röhre verwendet

ίο werden; eine genauere Beschreibung des Strahlerzeugungssystems erübrigt sich deshalb. Zwischen dem Strahlerzeugungssystem 36 und dem birnenförmigen Teil 32 befindet sich ein außen auf dem Halsteil 34 sitzendes elektromagnetisches Ablenkjoch 44. Der von dem Strahlerzeugungssystem 36 erzeugte Elektronenstrahl wird in Richtung des Ablenkjochs 44 durch den Halsteil 34 geschickt. Beim Durchtritt durch die vom Ablenkjoch 44 erzeugten elektromagnetischen Felder kann der Elektronenstrahl horizontal und vertikal in bezug auf die Achse der Röhre 30 abgelenkt werden. An Stelle des gezeigten elektromagnetischen Ablenksystems kann auch ein elektrostatisches Ablenksystem benutzt werden, um die Elektronen in der gewünschten Weise abzulenken.

Das dem Halsteil 34 gegenüberliegende Ende des großen birnenförmigen Teils 32 ist mit einem optisch transparenten Schirmträgerteil 46 versehen, welcher der Unterlage8 bei dem in Fi g. 1 dargestellten Gebilde entspricht. Auf der Innenfläche des Schirmträgers 46 ist ein Schirmgebilde 50 angebracht, das eine optisch transparente, elektrisch leitende Elektrode 51 in Form einer dünnen Schicht aus Metall, z. B. aus Gold, enthält, weiche der Bodenelektrode 4 in F i g. 1 entspricht. Derartige transparente leitfähige Elektroden sind bekannt und können auch aus anderen Materialien als Metallen bestehen. So kann man z. B. eine dünne Schicht aus Zinnoxyd für diesen Zweck benutzen. Auf der transparenten Schicht 51 ist eine Leuchtstoff" schicht 52 angebracht. Das Material des Leuchtstoffs soll von der Art sein, daß der Lichtaustritt durch ein angelegtes elektrisches Feld moduliert werden kann bzw. daß das elektrische Feld Lumineszenz bewirkt. Ein geeigneter Leuchtstoff von elektrolumineszierendem Typ ist z. B. Mangan oder mit Chlor aktiviertes Zink- oder Kadmiumsulfid. Eine genauere Beschreibung geeigneter elektrolumineszierender Leuchtstoffe für die Röhre sowie deren Herstellung findet sich in einem Artikel von W. A. T h ο r η t ο η in Journal of Applied Physics (1959), Bd. 30, S. 123.

Eine dünne Schicht 54 aus Material mit durch ein Feld aufrechterhaltbarer Leitfähigkeit ist auf die elektrolumineszierende Leuchtstoff schicht 52 aufgebracht. Diese Schicht 54 besteht aus Kadmiumsulfid und hat eine Sperrschicht 56, wie oben beschrieben wurde. Eine elektronendurchlässige Elektrodenschicht 58, die z.B. eine dünne Schicht aus im Vakuum aufgedampftem Aluminium sein kann, ist der Schicht 54 überlagert. Die Wand der Röhre 30 hat Durchführungen von den Elektrodenschichten 51 und 58 zu einer Spannungsquelle 60 und 62, mittels deren ein bestimmtes elektrisches Feld aufgebaut.werden kann, in welchem sich sowohl die Schicht 54 mit dem Sperrbereich 56 als auch die elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht 52 befindet.

Während des Betriebs tastet der Elektronenstrahl von dem Strahlerzeugungssystem 36, der in Übereinstimmung mit Infonnationssignalen moduliert ist, 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 Leuchtstoffschicht 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 Leuchtstoff schicht 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, 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 Fig. 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 Leilfähigkeitskomponente, die mit C₁ und g, 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 #,' in Reihe mit einem Schalter dargestellt, wobei gi und der Schalter parallel zu g, 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 g, 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 Schaller auch dann geschlossen bleibt, wenn der Elektronenbeschuß aufgehört hat. Das Löschen wird durcli 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 #,' 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 F ig.'12'ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speicherschirms dargestellt, die sich zum Einsatz in einer maschenfreien Speicherröhre eignet und bei der der Schirm mit Vorrichtungen ver-S sehen 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 ίο 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 (12)

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 ersteElektrode aufgebrachten kadmiumhaltigen Schicht, die bei Bestrahlung durch Licht oder Elektronen elektrisch leite'nd 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 lumineszicrcnden Schicht (52) und der Kadmiumsulfidschicht (54) eine undurchsichtige, elektrisch nichtleitende Schicht (65) angeordnet ist.

009 634/71

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 1, 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