DE1514472A1 - Photoleitende Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Photoleitende Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1514472A1 DE19651514472 DE1514472A DE1514472A1 DE 1514472 A1 DE1514472 A1 DE 1514472A1 DE 19651514472 DE19651514472 DE 19651514472 DE 1514472 A DE1514472 A DE 1514472A DE 1514472 A1 DE1514472 A1 DE 1514472A1
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Description

DR. F. ZUMSTElN - DR. E. ASSMANN - DR. R. KOENIQSBERGER PATENTANWÄLTE TELEFON: 22 34 70 und 821911
TELEQRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 31130
BANKKONTO: BANKHAU8 H. AUFHÄUSER
• 7/Io (2/2/1) - Case 65 -GE05
SONY CORPORATION (Sony Kabushikikaisha) Tokyo/Japan
Photoleitende Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von photoleitenden Schichten, wie sie an den Stellen für das i Target in Bildröhren gebraucht werden, z. B. in Yidicon-Röhren, wie sie in Fernsehkameraröhren gebraucht werden.
Geschlossene Kreis-Fernsehkameras benutzen häufig Vidicon-Röhren, wegen ihrer geringen Größe und Einfachheit im Betrieb und in der Einstellung. Vidicon-Röhren haben eine gemäßigte Empfindlichkeit und können an den meisten industriellen Aufstellungspunkten ohne Hilfsbeleuchtung ge-
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braucht werden.
Das Vidicon ist eine Kameraröhre vom Speicherungstyp, deren Signalausgang direkt von dem Target der Röhre ausgeht und durch einen Abtaststrahl von niedriger Geschwindigkeit einer Elektronenkanone erzeugt wird. Das Target besteht aus einer durchsichtigen Signalelektrode, die auf der Vorderplatte der Röhre aufgebracht ist, und einer dünnen Schicht aus photoleitendem Material, das über der Elektrode aufgebracht ist. Die photoleitende Schicht dient zwei Zwecken. Erstens ist sie das lichtempfindliche Element , und zweitens bildet sie die Speicherungsoberfläche für das elektrische Ladungsmuster, das dem Licht-Bild entspricht, das auf die Signalelektrode fällt.
Der Photoleiter hat in der Dunkelheit einen ziemlich hohen Widerstand. Wenn Licht auf das Material fällt, werden zusätzliche Elektronen in einen leitenden Zustand angeregt, wodurch der Widerstand des photoleitenden Materials an dem Punkt der Beleuchtung erniedrigt wird. Eine positive Spannung wird an eine Seite der photoleitenden Schicht mit Hilfe der Signalelektrode angelegt. Auf der anderen Seite werden durch den Abtaststrahl genügend Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit aufgebracht, um eine Spannung Null aufrecht zu erhalten. In der Zwischenzeit zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen eines bestimmten
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Punktes erniedrigt das Licht den Widerstand im Verhältnis zu seiner Intensität. Dadurch fließt an diesem Punkt ein Strom durch die Oberfläche und die Oberfläche an der Rückseite baut eine positive Spannung auf, bis der Strahl den Punkt wieder abtastet. Der Ausgangssignalstrom wird erzeugt, wenn der Strahl diese positiv geladene Fläche wieder auf die Spannung Null zurück>bringt. Eine entsprechende Zahl von Elektronen fließt aus der ι
Signalelektrode ab und durch einen Belastungswiderstand, wodurch eine Signalspannung entsteht, die direkt auf einen Videosignalverstärker mit geringem Rauschen gegeben wird.
Ein feinmaschiger Schirm, der sich über die Röhre in der Nähe des Targets erstreckt, bremst den Elektronenabtaststrahl gleichförmig an allen Punkten ab und läßt ihn senkrecht auf das Target fallen. Der Strahl wird auf dem Target durch das longitudinale, magnetische Feld |
der Fokussierspule und der besonderen Spannung für die Fokussierelektrode auf dem Target, scharf fokussiert. Der Strahl tastet das Target dadurch ab, daß das magnetische Feld der Ablenkspulen verändert wird. Man wählt den Photoleiter so, daß er ein geringes Sekundäremission3-verhältnis aufweist und sich somit nicht positiv auflädt,
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wenn er durch die Elektronen bombardiert wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist ββ, ein· Targetfläohe für Vidioon-Röhren und ähnliohft_aniugebenf die eine ausgezeichnete Empfindlichkeit-und Restbild^residual image ) Charakteristik aufweist.
Ein weiteres Ziel der Brfindung ist es, ein Target für Vidioan-Röhren anzugeben, das in einem relativ einfachen Herstellungsverfahren angefertigt, werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Methode zur Herstellung von photoleitenden Körpern, die sich besonders für den Gebrauch in Vidicon-Röhren und dergl. eignen, durch ein Verfahren anzugeben, mit dem man Ergebnisse erhält, die bei jeder neuen Herstellung reproduzierbar sind.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung deutlich, in der : Fig. 1 ein vergrößerter Querschnitt durch eine photoleitende Schichtanordnung des hierfür benutzten Typs ist.
Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die photoleitende Schicht, die gemäß der Erfindung hergestellt ist.
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Pig. 3 ist eine etwas schematische Ansicht eines Typs einer Vorrichtung, die für die Aufbringung der photoleitenden Schicht der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann und
Pig. 4 ist eine sehr vergrößerte Teilansicht,'die etwas schematisch zeig., wie die photoleitende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden kann.
Die Restbildzeit in einer Vidicon-Röhre wird durch die folgende Gleichung gegeben.:
t * k . 0· Hb
in der k eine Konstante, Rv der Widerstand dee Elektronenstrahlpfades, und G die elektrostatische Kapazität der Targetschicht ist. Die elektrostatische Kapazität wird durch die Fläche, die Dicke, die dielektrische Konstante und dergl. der photoleitenden Materialsehicht bestimmt. Der Widerstand R-, des Elektronenstrahlpfades hängt von dem Aufbau der Elektronenkanone und dem Vidicon ab. Dementsprechend verringert sich die Restbildzeit, wenn die elektrostatische Kapazität C abnimmt. In den bekannten Anordnungen wird die Restbildzeit dadurch erniedrigt, daß, wie in Pig. 1 gezeigt, eine durchsichtige Elektrodenoberfläche 2 vorgesehen ist, die sich aus einer sogenannten "nesa" Schicht aus Zinnoxyd oder dergl. zusammensetzt und auf einer Seite einer Glasplatte 1 aufgedampft ist. Die photoleitende Schicht 3 ist aus einem körnigen oder schwammarti-
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gen, photoleitenden Material gebildet, das zwischen den Körnern bestimmter, aneinander/liegender Teilchen 4 Zwischenräume 5 hat. Die auftretende di-elektrische Konstante der photoleitenden Materialschicht 3 wird dadurch sehr niedrig, wodurch die elektrostatische Kapazität G abnimmt.
Da jedoch die einzelnen Teilchen4 der schwammartigen, photo- ψ leitenden Schicht 3 eine relativ große Oberfläche aufweisen, verschwinden die durch die Bestrahlung des Lichtes erzeugten ladungsträger wieder sehr schnell und die Empfindlichkeit der photoleitenden Schicht nimmt ab. Darüber hinaus wird durch die aneinanderliegenden Teilchen 4 des photoleitenden Materials ein großer Übergangswiderstand hervorgerufen, so daß der Ladungsträger Schwierigkeiten hat an die Elektrode 2 zu gelangen, und so daß sich dadurch eine ganz niedrige Empfindlichkeit ergibt.
Um diese soeben aufgeführten Nachteile zu beseitigen ist gemäß der Erfindung eine photoleitende Schicht vorgesehen, die im wesentlichen von den Schwierigkeiten, wie sie bei einer Struktur des in der Fig. 1 gezeigten Typs auftreten, frei ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die photoleitende Schicht eine große Anzahl von sehr kleinen Hohlräumen ein, die im wesentlichen gleichmäßig über eine zusammenhängende Phase einer photoleitenden Schicht ver-
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teilt sind, die auf einer Grundplatte gebildet ist, so daß die photoleitende Schioht einen niedrigen Restbildwert hat und hochempfindlich ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die photoleitende Schicht 5' der vorliegenden Erfindung gebildet auf und haftet an einer durchsichtigen Elektrodenoberfläche 2, die an einer Glasplatte 1 haftet. Die photoleitende Schicht 3' enthält | eine große Anzahl von kleinen Hohräumen 5% die nahezu gleichförmig Über die zusammenhängende Schicht des photoleitenden Materials verteilt sind. Da die photoleitende
ist Schicht 3' keine körnige Schicht, wie sie bisher verwandt worden ist, ist der Übergangswiderstand der Schicht sehr niedrig. Ebenso ist die auftretende di-elektrische Konstante durch das Vorhandensein de^zahlreichen Hohlräume 51 in der photoleitenden Materialschicht sehr niedrig. Demzufolge ist die elektrostatische Kapazität g- C niedrig, und die Restbildzeit ist dadurch herabgesetzt. Weiter- "
hin ist, da die photoleitende Materialschicht 3' zusammenhängend ist, die Oberfläche und die Zahl der Rekombinationszentren sehr kfein, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird. Demzufolge gelangen die Ladungsträger, die durch das Licht gebildet werden, leichter an die Elektrodenoberfläche, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird.
Die Empfindlichkeit S einer Vidicon-Röhre kann durch 909819/071 A
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— ο —
die folgende Gleichung ausgedrückt werden»
S - V .f . ΒΛ!
öl
wobei V die !Targetspannung bedeutet
'jfeine Konstante ist«
P die Empfindlichkeit der photoleitenden Schicht
ist,
C die di-elektrische Konstante der photoleitenden"
Schicht ist.
T die Bildzeit (frame time) ist (gewöhnlich
1/30 Sekunde),
C die elektrostatische Kapazität ist, und R der Ableitwiderstand ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Empfindlichkeit P der photoleitenden Schicht selbst verbessert. TJm eine
und
Erniedrigung der Empfindlichkeiten S'P zu verhindern, die durch eine Abnahme des Widerstandes der photoleitenden Schicht 3'» da sie zusammenhängend ausgebildet ist, hervorgerufen wird, verwendet man vorzugsweise ein photoleitendes Material mit hohem Widerstand,wie etwa Antimon-Oxysulfide, sowie Sb4OS5, Sb4O2S4 und dergl#
Gemäß der bisher bekannten Struktur wird der Widerstand der photoleitenden Materialschicht 3 im wesentlichen durch
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den Kontakt zwischen den Teilchen 4 bestimmt. Daraus folgt, daß der Widerstand von der körnigen Beschaffenheit des photoleitenden Materials abhängt, und daß es schwer ist, eine photoleitende Schicht von im wesentlichen gleichförmigen Charakteristiken zu erhalten. In der erfindungsgemäßen, photoleitenden Schicht hängt jedoch der Widerstand der photoleitenden Materialschicht 3 von dem Eigenwiderstand des photoleitenden Materials selbst ab. Dadurch können, selbst wenn die Bedingungen in dem Herstellungsverfahren schwanken, gleichförmig photoleitende Schichten von im wesentlichen konstantem Widerstand erhalten werden.
In Pig. 3 ist eine Vorrichtung feezeigt, die zum Aufbringen der erfindungsgemäßen, photoleitenden Schicht verwandt werden kann. Ein Glocken-Gefäß 20 aus Glas oder dergl. ist so angeordnet, daß es durch eine öldiflissionspumpe 21, die mit einer Ölumlaufpumpe 22 verbunden ist, ausgepumpt werden kann. Ein Ionisations-Vakuummeßgerät steht mit dem Inneren des Glocken-Gefäßes 20 in Verbindung. | In dem Glocken*-Gefäß 20 ist eine Stützplatte 24 vorgesehen, auf der ein Motor 25 angebracht ist,· und eine Drehplatte 27 ist auf der nach unten zeigenden Welle 26 des Motores 25 angebracht. Auf der Unterseite der Drehplatte 27 ist eine durchsichtige Grundplatte 1 aus Glas oder
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dergl. angebracht, auf die eine durchsichtige Elektrodenschicht 2 aufgebracht ist. Ein Abdeckblech 28 ist unmittelbar unter der zu bedampfenden Oberfläche angebracht. Ein Heißleiter-Temperaturmeßgerät 29 ist auf der Unterseite der Stützplatte 24 in der Nähe der Drehplatte 27 befestigt» Eine Heizung 30 ist auf einer Grundplatte 31 des Glocken-Gefäßes 20 befestigt und dient dazu, die durchsichtige Grundschicht 1 vor der Bedampfung auf eine zweckmäßige Temperatur aufzuheizen. Normalerweise liegt diese Temperatur in dem Bereich zwischen 5O0C und 200°0. In dem unteren Teil des Glocken-Gefäßes ist eine Quelle 32 für die Bedampfung vorgesehen, und ein maschenförmiger Leiter (guide) 33 ist zwischen die Quelle 32 und die durchsichtige, zu bedampfende Grundplatte 1 eingebracht. Dementsprechend kann die Richtung, unter der das Material durch Verdampfung auf die Drehplatte von der Quelle 32 aus aufgebracht werden soll, durch einen Winkel β mit Bezug auf die vertikale Achse der Welle 26 eingestellt werden.
In der in Pig. 3 gezeigten Vorrichtung wird die durchsichtige Grundplatte 1 durch die Heizung 30 vor der Bedampfung aufgeheizt, dann wird das Abdeckblech 28 geöffnet und das Material schlägt sich auf der drehenden Platte nieder. Wenn das aufzubringende Material eine vorbestimmte Dicke,
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gewöhnlich zwischen 0,5 und 3 Mikron, erreicht hat, wird das Abdeckblech geschlossen und das Aufbringen (Bedampfen) ist beendet. In einer solchen Bedampfung wurde das Glockengefäß auf ungefähr 3 x 10 Millimeter Quecksilber ausgepumpt und die Bedampfung wurde während etwa 60 Minuten durchgeführt. Die Rotationsgesohwindigkeit der Drehplatte 27 war 18 Umdrehungen pro Minute und die Temperatur der durchsichtigen Grundplatte war vor der Bedampfung auf einen
Wert zwischen 500O und 2000C gebracht worden.
Der Winkel© lag zwischen 15° und 80° und betrug vorzugsweise 45 ·
Die Meßergebnisse von Vidicon-Röhren, die mit den bevorzugten erfindungsgemäßen Materialien und mit herkömmlichen Mitteln hergestellt worden sind, Bind in der folgenden Tabelle angegeben.
Empfindlichkeit Restbild Dicke d. aufge- Material
brachten Schicht Λ
i/o I
110 1,2 Sb4°2S4
No. 1 165
No. 2 140
No. 3 275
95 1,2 SbA09S 100 0,6
4ν2ΰ4
Sb
Sb4O2S4
No. 4 260 120 1,8 Sb2S
No. 5 62 90 2,4 Sb2S
N0·6 10° 90981 9^7 U 1>?
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In der obigen Tabelle war No. 6 eine herkömmliche Vidicon-Röhre. Die Werte für die Empfindlichkeit und das Restbild sind einheitslos und sind bezogen im Verhältnis auf die Werte 100 für die Vidloon-Röhre Nr. 6.
Das schematische Verfahren für die Aufdampfung der photoleitenden Schient auf eine stationäre Platte ist in Fig. 4 der Zeichnung gezeigt. Die Glasplatte 1 mit der.durchsichtigen Elektrode 2 wird in einer stationären Lage
" gehalten und im Vakuum von einer Quelle aus bedampft, die das aufgedampfte Material auf die Elektrode 2 entlang einer Richtung aufbringt, die mit der Bezugsnummer 11 versehen ist. Diese Aufdampfung erzeugt eine Schicht, die Erhebungen 8' aufweist, die sioh auf die Quelle für das Material hin erstrecken. Darauf wird eine Bedampfung von der rechten Ecke her ausgeführt, wie es durch die Richtungslinien 12 gezeigt ist, um Erhebungen 811 zu erzeugen, die sich auf die Quelle des abgelagerten Materials hin erstrecken.t Duroh die Vereinigung der zwei Ablagerungen ( Bedampfungen) aus entgegengesetzten Richtungen bilden sich sehr kleine Hohlräume 51 zwischen den Erhebungen 8' und 8'1.
Die Empfindlichkeit der photoleitenden, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergesiaLlten Schicht ist ungefähr 1,5-2,5 mal höher als die derjenigen Schichten, die nach her-
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kömmliohen Verfahren hergestellt sind. Der Restbildwert wird nicht im wesentlichen durch die Verbesserung in der Empfindlichkeit beeinträchtigt.
Weiterhin kann die Aufbringung vermittels Bedampfung in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, während bisher die Aufbringung vermittels einer Vakuumbehandlung durchgeführt wurde, wobei die Aufbringung dann in einer J Edelgas-, wie etwa Argongasatmosphäre erfolgte»
Es ist offensichtlich, daß verschiedene Abwandlungen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Claims (7)

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Patentansprüche
Verfahren zum Aufbringen einer photoleitenden Schicht auf einen durchsichtigen Grundstoff, auf dem eine durchsichtige Elektrodenschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Grundstoff um eine im wesentlichen senkrechte Achse gedreht wird, und daß ein aufgedampftes, photoleitendes Material auf diesen Grundstoff unter einem spitzen Winkel gegen die Vertikale aufgebracht wird, um dadurch eine photoleitende Schicht herzustellen, die eine zusammenhängende Phase des photoleitenden Materials mit sehr kleinen darin verteilten Hohlräumen bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durchsichtige Grundstoff vor dem Aufbringen dieser photoleitenden Schicht auf eine Temperatur zwischen 500C und 2000C vorgeheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht im wesentlichen unter Vakuum aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese photoleitende Schicht ein Oxysulfid des Antimons enthält.
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5. Photoleitender Körper, bestehend aus einem durchsichtigen Grundstoff, einer durchsichtigen Elektrodenschicht, die auf diesem Grundstoff haftet, und aus einer photoleitenden Schicht, die an dieser Elektrodenschicht haftet, dadurch gekennzeichnet, daß diese photoleitende Schicht aus einer gleichförmigen Phase des photoleitenden Materials mit sehr kleinen,darin verteilten Hohlräumen besteht.
6. Körper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese photoleitende Schicht ein Oxysulfid des Antimons enthält.
7. Körper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese photoleitende Schicht eine Dicke von 0,5-3 Mikron hat.
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