DE1803505A1

DE1803505A1 - Elektronenstrahl-Ladungsspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE1803505A1
Application number: DE19681803505
Authority: DE
Inventors: Crowell Merton Howard; Gordon Eugene Irving
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1968-10-17
Publication date: 1969-05-29
Also published as: GB1229030A; NL6814720A; FR1587120A; DE1803505B2; BE722437A; SE331860B; US3440477A

Description

Western Electric Company Incorporated CrowllM. H. 14-20

. New York, N. Y. 10007 U.S.A.

"Elektronenstrahl-Ladungsspeichervorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahl-Ladungsspeichervorrichtung, wie Fernsehaufnahmeröhren und Abtastumsetzer, insbesondere auf solche Vorrichtungen, bei denen mehrfaches Auslesen des gespeicherten Ladungsmusters verwendet wird.

Fernseh-Fernsprech-Übertragungssysteme werden derzeit für allgemeinen öffentlichen Gebrauch aktiv entwickelt. Die Video-Signale sind dabei über Vermittlungseinrichtungen und Fernverbindungen der im Fernsprechwesen verwendeten Art zu übertragen und zu vermitteln. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es wünschenswert, Frequenzbandbreite während der Übertragung von Video-Signalen über solche Nachrichtenkanäle einzusparen. Zu diesem Ende - und mit dem Verlust einer hochbeweglichen Wiedergabe - kann das übertragene Signal eine relativ lange Rahmenperiode haben, die einer kleinen Abtastgeschwindigkeit der Bildinformation zugeordnet ist. Die Abtastgeschwindigkeit kann als die pro Senkunde übertragene Anzahl vollständiger Rahmen oder vollständiger Bilder definiert werden. Das einem Rahmen zugeordnete Video-Signal stellt aufeinanderfolgend die Punkte längs jeder

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Zeile des Zeilenrasters des Fernsehbildes dar.

Um störendes Flimmern im auf der Empfangsseite reproduzierten Fernsehbild zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Bildröhrenfläche mit höherer Geschwindigkeit abzutasten, wobei die gleiche Bildinformation mehrere Male als die Signale eines neuen Bildinformationsrahmens ankommen. Diese Wiederholung ist der Filmprojektion ^ analog, wo derselbe Rahmen mehrere Male wiedergegeben wird, um

Flimmern zu vermeiden.

Die Speicherung der empfangenen Signale, typischerweise in Form eines Ladungsmusters auf dem Schirm des vorstehend erwähnten Abtastumsetzers, wird dazu verwendet, das vorstehend beschriebene Mehrfachabtasten der Bildröhre zu bewerkstelligen. Das gespeicherte Ladungsmuster wird von einem Elektronenstrahl auf den Schirm bei ^ der ankommenden Rahmengeschwindigkeit eingeschrieben und wird

dann von einem zweiten, abtastenden Elektronenstrahl mehrere Male ausgelesen. Es leuchtet ein, daß jedes Auslesen nicht die gespeicherte Ladung vollständig zerstören sollte und daß auch nicht die relativen Werte des gespeicherten Ladungsn. usters nennenswert geändert werden dürfen.

Bei einem Abtastumsetzer des Typus, bei dem eine Reihe in Sperrrichtung vorgespannter p-n-Übergänge in einem halbleitenden Schirm

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verwendet werden, ist eine kürzlich vorgeschlagene Form der Ladungsspeicherung für mehrfaches Auslesen die, daß ein Hetero-Übergang verwendet wird. Ein Hetero-Übergang ist ein zwischen zwei verschiedenen Halbleitern erzeugter Übergang. Der Hetero-Übergang wird nahe der Oberfläche erzeugt, auf welche die energiereichen Elektronen eines schreibenden Elektronenstrahls Elektronen/Löcher-Paare erzeugen, die für das Muster der Ladungsspeicherung verantwortlich sind. Einfangzentren (traps) für die Minoritätsladungsträger sind einem Hetero-Über gang eigen. Diese Einfangzentren bewirken eine Ausbreitung der Diffusion der Minoritätsladungsträger zum p-n-Übergang über eine Spanne von mehreren Lese-Elektronenstrahl-Abtastungen.

Diese Methode zum Erhalt eines mehrfachen Auslesens in einem Abtastumsetzer hat Nachteile, einer derselben ist, daß sie sich nicht bei der Massenherstellung anwenden läßt. So erfordern im einzelnen die bekannten Züchtungsmethoden für einen Hetero-Übergang auf einem Siliziumplättchen im typischen Fall eine außergewöhnlich saubere Umgebung und eine nahezu vollkommene Oberfläche, z.B. eine Spaltfläche.

Es wurde nun eine verbesserte Methode für mehrfaches Auslesen bei einem Abtastumsetzer gefunden, der einen Schirm mit Mitteln aufweist, um eine Mehrzahl Ladungen gleichzeitig an verschiedenen Koordinatenpositionen kapazitiv zu speichern. Allgemein gesprochen

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wird nach dieser Methode eine kapazitive Unterteilung aller Spannungsänderungen verwendet, die über dem Schirm an den verschiedenen Positionen auftreten, wodurch die Leseeinrichtung die Ladungsspeicherungszustände mehrere Male auslesen kann, bevor ein größerer Teil der gespeicherten Ladung verschwunden ist. Nach dieser Methode wird von einer modifizierten gegenseitigen Anpassung einer halbisolierenden Schicht an den Rest des Schirms Gebrauch gemacht. Eine " halbisolierende Schicht wurde früher schon für einen anderen Zweck

verwendet, nämlich zur Abschwächung unkontrollierter Ladungsanhäufung an der vom Lese-Elektronenstrahl beaufschlagten Oberfläche.

Im einzelnen wurde entsprechend der Erfindung gefunden, daß mehrfaches Auslesen leicht erhalten wird, wenn die p-n-Übergangskapazitäten wesentlich erhöht werden und die halbisolierende Schicht mit Dickenwerten und Gebieten in Ausrichtung mit den p-n-Übergängen vorgesehen wird, wobei Schichtkapazitäten erzeugt werden, die viel kleiner sind als die Kapazitäten der entsprechenden p-n-Übergänge. Dieses ermöglicht eine gesteuerte Löschung des gespeicherten Ladungsmusters bei gleichzeitgem Auslesen der gespeicherten Ladung. Da üie Schichtkapazitäten und die darunterliegenden Übergangskapazitäten effektiv in Serie geschaltet sind, unterteilen sie jegliche Spannungsänderungen, welche an der Serienkombination auftreten, entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der kapazitiven Spannungsteilung während

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des Überganges, der von jeder Abtastung des Lese-Elektronenstrahls erzeugt wird. Wegen dieser Spannungsteilung kann der Lese-Elektronenstrahl die Übergangskapazität nur teilweise während jeder Abtastung umladen. Die verbleibende Oberflächenladung, die das bei der nächsten Rückkehr des Lese-Elektronenstrahls auszulesende Signal darstellt, erscheint infolge von Leitung durch den halbisolierenden Film. Die Leckgröße oder die dielektrische Zeitkonstante senkrecht zur Filmebene wird so gewählt, daß sie kleiner als die normale Rahmenzeit, aber wesentlich größer als die Dauer jeder Leseoperation an einer Position ist. Daher erscheint nur eine kleine prozentuale Änderung im, von jedem Übergang erzeugten Aus gangs signal während aufeinanderfolgender Abtastungen. Die Änderung tritt aufeinanderfolgend in wohldefinierter Form auf und kann mit Hilfe programmierter Änderungen in der Verstärkung eines Video-Verstärkers entzerrt werden.

Um das Kapazitätsverhältnis, das zu mehrfachem Auslesen führt, zu erhalten, wird die Übergangskapazität um einen Faktor von mindestens zwei erhöht. Die erhöhten Übergangskapazitäten können erhalten werden durch eine bedeutsame Verringerung des spezifischen Widerstands des Halbleiterschirmplättchens, um die Verarmungsschichtdicke für eine vergleichbare Schirmvorspannung zu reduzieren. Umgekehrt könnte, wenn die Übergangskapazität gleich gehalten wird, mehrfaches

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Auslesen bei wesentlich verschlechtertem Signal/Rausch-Verhältnis erhalten werden durch Verwenden entsprechender Dicken der halbisolierenden Schicht. Die genaue Dicke würde durch das gewünschte Verhältnis von Übergangs- zu Schichtkapazität bestimmt sein, das seinerseits von der gewünschten Lese-Anzahl bestimmt ist.

Es ist wünschenswert, die seitliche dielektrische Entladungszeitkon- W stante der halbisolierenden Schicht größer als die Schreib-Rahmenzeit zu halten. Die seitliche dielektrische Entladungszeitkonstante ist typischerweise viel größer als die zum Film senkrechte. Eine unabhängige Steuerung der seitlichen Zeitkonstante kann erhalten werden durch Auswählen einer geeigneten Dicke der darunterliegenden isolierenden Oxydschicht.

Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung würde eine kapazitive Spannungsteilung erzeugende halbisolierende Schicht mehrfaches Auslesen in Abtastumsetzern nach Art eines Vidicons ermöglichen, wobei ein kontinuierlicher photoleitender Dünnfilm verwendet wird, der die halbisolierende Schicht im Schirm kontaktiert. Die halbisolierende Schicht würde die dem Lese-Elektronenstrahl ausgesetzte Oberfläche der Scheibe umfassen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 eine halb schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform, die als Abtastumsetzer verwendet wird,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Schirms 12 der Anordnung nach Fig. 1, zusammen mit der zugehörigen, schematisch angedeuteten Schaltung, und

Fig. 3 das Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Abtastumsetzer-Schirms nach der Erfindung zur Erläuterung von Theorie und Wirkungsweise.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Bildinformation, die im relativ langsam abtastenden Schreib-Elektronenstrahl von der Kathode 41 geliefert wird, in einem Schirm 12 gespeichert und mit höherer Geschwindigkeit vom Lese-Elektronenstrahl der Kathode 11 abgetastet. Die Elektronenstrahlerzeugungssysteme, die den Kathoden 11 und 41 zugeordnet sind, weisen magnetische Ablenkungsjoche 13 bzw. 43 auf, ferner Blendenelektroden 15 bzw. 44, Beschleunigungselektroden 16 bzw. 46, Fokussierelektroden 17 bzw. 47 und Kollimier-Elektroden 18 bzw. 48 auf. Der Schreib-Elektronenstrahl von der Kathode 41 wird ausreichend beschleunigt derart, daß nach seinem Eintritt in den Schirm 12 jedes seiner Elektroden eine Mehrzahl Elektronen/Löcher-Paare in der Unterlage 20 des Schirms 12 erzeugt. Da der Strahl von der Kathode 41 die von der Quelle 45 gelieferte Information langsamer schreibt als der Strahl der Kathode 11 diese aus-

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liest, ist es wünschenswert, im Schirm 12 eine Ladungsspeicherung vorzusehen, wobei die gespeicherte Ladung nicht vollständig von jeder Abtastung des Lese-Elektronenstrahls der Kathode 11 zerstört wird. Auch sollte der relative Wert der in verschiedenen Teilen des Schirms gespeicherten Ladung keineswegs durch eine Lesefolge stark geändert werden. Das Eingangssignal wird typischerweise dem Schreibelektronenstrahl an der Blendenelektrode 44 von einer Video-Eingangsquelle 45 zugeführt, die üblicherweise die Wiedergabe-Vor stufen eines Fernsehempfängers enthält. Das Ausgangssignal wird vom Schirm 12 typischerweise über einen Lastwiderstand R_T , ansprechend auf den Lese-Elektronenstrahl, abgenommen.

Au-s Fig. 2 sind die Einzelheiten des Schirmaufbaus 12 erkennbar. Der Schirm weist ein einkristallines Siliziumplättchen 20 auf, zumeist η-leitend, in welches eine regelmäßige Anordnung p-leitender Zonen ψ 21 eingelassen sind, und zwar durch Eindiffundieren geeigneter Dotierstoffe durch öffnungen einer Siliziumdioxyd-Isolierschicht 22 hindurch. Unter den Röhrenbetriebsbedingungen bildet jede der p-Zonen gegenüber der η-Unterlage eine in Sperrichtung vorgespannte p-n-Über gangs diode. Die Kapazität dieser Diode dient als das Speicherelement, Eine Dotierstoff gradient-Zone 29 ist dicht unter der Oberfläche gebildet, die die energetischen Elektronen des Schreibelektronenstrahls empfängt, und weist eine n-Dotierstoff-Konzentration

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(Donator), wie Phosphor, auf derart, daß ein innerer elektrischer Feldeffekt erzeugt wird, der eine Rekombination der von den energetischen Elektronen erzeugten Minoritätsladungsträger (Löcher) zu verhindern sucht.

Über die ganze Lese-Elektronenstrahl-Oberfläche des Schirms 12 ist eine halbisolierende Schicht 24 niedergeschlagen, die entsprechend der Erfindung ausgelegt ist.

Beispielsweise ist die halbisolierende Schicht 24 eine lose gepackte, körnige Mischung aus Silizium und Siliziummonoxyd, in welcher kleine Körner untereinander in hochohmigem Kontakt stehen. Die den Bereichen der Schicht 24, die mit den p-n-Übergängen ausgerichtet sind, also direkt oberhalb derselben liegen, eigenen Kapazitäten liegen zwi-

-15 -14

sehen 10 und 10 Farad. Der spezifische Widerstand dieser

Teile der Schicht 24 ist beispielsweise kleiner als 10 Ohm mal Zentimeter .

Bevorzugte Werte der Kapazität und des spezifischen Widerstands hängen von der Anzahl gewünschter Auslesungen der gespeicherten Ladung ab. Für Übergänge mit einem Durchmesser von 8 Mikrometern entsprechen die bevorzugten Schichtkapazitäten einer Schichtdicke von etwa 0, 5 bis 1, 5 Mikrometer. Das erforderliche, geeignet große Verhältnis von Schirmkapazität zur Kapazität der halbisolierenden

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Schicht erfordert eine Schirmkapazität, die beträchtlich größer speziell etwa 3n-mal so groß (n * Anzahl der Auslesungen) - ist als die in einer Kameraröhre, die den gleichen Schirmtyp verwendet, nutzbare Übergangskapazität. In der Praxis könnte bei gleichbleibender Dicke der halbisolierenden Schicht die Abtastumsetzer-Übergangskapazität vom η-fachen der entsprechenden Kameraröhren-Übergangskapazität bis zum etwa 5n-fachen variieren. Die Schirmkapazität ist die Kapazität der p-n-Übergänge im speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel. Allgemeiner gesprochen würde sie die Kapazität jeder Sppicherstelle des Schirms zwischen dessen Schreib- oder Informationseingangsoberfläche und der Grenzfläche mit der halbisolierenden Schicht sein.

Die Unterlage 20 des Plättchens ist über den Lastwiderstand R₁. an eine gegenüber Erde positive Konstantspannungs quelle 23 angeschlossen. Die Sekundärelektronen-Kollektorelektrode 14 liegt am Pluspol der Quelle 26, um die vom Schirm 12 als Folge des auftreffenden Lese-Elektronenstrahls emittierten Sekundärelektronen zu sammeln. Die gitterartige Elektrode 14 dient ebenfalls zur Kollimierung des Elektronenstrahls, der im Bereich zwischen dem Gitter und dem Schirm 12 stark verzögert wird. Der Pinuspol der Quelle 23 ist mit der Kathode 11 verbunden. Das Ausgangssignal wird üblicherweise als Spannungsabfall am Lastwiderstand R_ über übliche Kopjblungs-

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kondensatoren abgenommen.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform kann am besten anhand des Ersatzschaltbildes nach Fig. 3 verstanden werden. Die halbisolierende Schicht 24 ist schematisch durch die innerhalb des gestrichelten Blockes gelegenen Komponenten dargestellt und enthält grundsätzlich die Kapazitäten 34 und 34¹ für benachbarte Gebiete, die mit benachbarten p-n Übergängen im Schirm 12 ausgerichtet sind. Die ohmschen Eigenschaften der halbleitenden Schicht sind durch die Widerstände 35, 36, 35' und 37 dargestellt. Da die Widerstände 36 und 37 viel größer als die Widerstände 35 und 35* sind, kann die Parallelkombination von Kapazität 34 und Widerstand 35, und folglich die Zeitabhängigkeit der Spannung an der Kapazität 34, praktisch unabhängig von der Spannung an der Kapazität 34¹ behandelt werden.

Die RC-Zeitkonstante jeder dieser Parallelkombinationen ist gegenüber einer Rahmenperiode kurz, aber gegenüber der Ablesezeit für jede Diode lang. Eine typische RC-Zeitkonstante senkrecht zum halbisolierenden Film des Abtastumsetzers beträgt 0,1 bis 5 Millisekunden. Daher kann für den kurzen Moment, in welchem der Lese-Elektronenstrahl auf jedes der in Rede stehenden Gebiete auftrifft, die Änderung der Ladung der Kapazitäten weitgehend genau ohne Bezugnahme auf die Widerstände 35 und 35¹ bestimmt werden. In ähnlicher Weise sind, obgleich eine gewisse Leitung zwischen diesen benach-

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harten Stellen über Perioden länger als eine Rahmenperiode zur Mäßigung des Ladungsaufbaus auf der Oberfläche zwischen den Dioden vorhanden ist, die seitlichen L eitungs wider stände 36 und 37 so groß, daß sie keinen nennenswerten Effekt auf die Änderung der Ladung der Kapazitäten 34 und 34' während der Einfalls dauer des Lese-Elektronenstrahls haben.

Das Auftreffen des Lese-Elektronenstrahls kann im Ersatzschaltbild durch die Schalter 38 und 38' dargestellt werden, die zur Anzeige des Fehlens des Elektronenstrahls an der betrachteten Stelle offen sein würden, (d.h. jeder Schalter würde etwa 1/30 Sekunden bei 30 Rahmen pro Sekunde offen sein) und zur Darstellung der Gegenwart des Elektronenstrahls geschlossen sein würden (d.h. jeder Schalter würde weniger als 0, 1 Mikrpsekunden geschlossen sein). Der dynamische Widerstand des Lese-Elektronenstrahls kann annähernd durch die großen Serienwiderstände 3 9 und 3 9' dargestellt werden, die zwischen den Schaltern 38 bzw. 38' und Erde liegen. Die Spannungs änderung, die die Ausleseoperation steuert, ist die Differenz zwischen der Spannung der Quelle 23 und der Spannung über der abgefragten Kapazität 32 oder 32'.

Die darunterliegenden p-n Übergänge sind durch die Dioden 31 und dargestellt und die ihnen eigenen Übergangskapazitäten durch die Kapazitäten 32 und 32¹, die parallel zu den Dioden 31 bzw. 31' liegen.

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Der genaue Wert der Übergangskapazität ändert sich entsprechend der Verwendung des Abtastumsetzers und ändert sich leicht mit dem momentanen Wert der Diodensperrspannung. Die Wirkung des Schreib-Elektronenstrahls ist, Elektronen/Löcher-Paare zu erzeugen. Die Löcher entladen nach ihrer Eindiffusion in die Übergänge die Übergangskapazität teilweise. Diese Wirkung ist durch die Stromquellen 33 und 33' dargestellt. Der Anschluß der Unterlage 20 an die Spannungsquelle 23 über den Lastwiderstand R_T ist durch ähnliche Ver-

L-i

bindungen zu den Kathoden der Dioden 31 und 31' im Ersatzschaltbild dargestellt.

Von primärer Wichtigkeit bezüglich der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist der Umstand, daß die Kapazitäten 34 und 34¹ wesentlich kleiner als die Kapazitäten 32 bzw. 32' sind, und zwar vorzugsweise mehr als eine Größenordnung (Faktor 10) kleiner. Unter Berücksichtigung dieser Beziehungen ist nun ersichtlich, daß, wenn eine Übergangskapazität, dargestellt als 32 oder 32¹, anfänglich durch den Lese-Elektronenstrahl aufgeladen wird, um die Dioden 31 bzw. 31' in Sperrichtung vorzuspannen, was im Ersatzschaltbild auf wiederholtes Schließen der Schalter 38 und 38' hin auftritt, die Spannung über den Kapazitäten 32 und 32' bei fehlendem Schreib-Elektronenstrahl dann gleich der Spannung V_T über der Quelle 23 ist, weil die Spannung über den Kapazitäten 34 und 34' gleich Null ist und weil das Potential

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der dem Strahl zugekehrten Oberfläche gleich Null ist. Die Wirkung des Schreib-Elektronenstrahls, dargestellt durch die Impulsstromquellen 33 und 33', ist, die Kapazitäten 32 und 32' teilweise zu entladen. Beachte, daß die Stromquellen 33 und 33' nur während des sehr kurzen Mikrosekunden-Zeitintervalls wirksam sind, das dem Auftreffen des Schreib-Elektronenstrahls auf der Unterlage unmittelbar hinter den Dioden 31 und 31¹ folgt. Die gesamte, dem Stromimpuls zugeordnete Ladung ist für das momentane Video-Schreibsignal repräsentativ.

Der Schreibstrahl tastet die ganze Anordnung ab und aktiviert aufeinanderfolgend alle Stromimpulsquellen während einer Zeitspanne, die gleich der Rahmenperiode des ankommenden Video-Signals ist. Die Sperrspannung der Dioden wird dadurch entsprechend einem Muster über der ganzen Anordnung von ρ-n-Über gangen i'eduziert, das für ein Video-Bild repräsentativ ist. Die Verringerung der Sperrspannung von ihrem Video-Signal-Nullwert V_ sei als AV bezeichnet. Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß AV klein gegen V™ ist. Daher zeigt die dem Lese-Elektronenstrahl zuweisende Oberfläche des Films 24 ein Spannungsmuster, das Änderungen gleich dem entsprechenden Wert von A V für jede Diode zeigt; und dieses Muster ist für das Video-Bild repräsentativ.

Es sei nun beispielsweise betrachtet, was passiert, wenn der Lese-

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Elektronenstrahl auf das durch die Kapazität 34 und den Widerstand 35 repräsentierte Gebiet auftrifft. Zuerst wird der Schalter 38 geschlossen und Ladestrom fließt nun von der Quelle 23 über R,, die Kapazitäten 32 und 34 (der Nebenschluß-Strom über den Widerstand 35 ist vernachlässigbar), den Schalter 38 und den Widerstand 3 9 nach Erde. Dieser Strom fließt solange bis die Spannung an der Serienkombination der Kapazitäten 32 und 34 gleich der Quellenspannung V™ ist. Der Spannungsanstieg an der Serienkombination infolge des geschlossenen Schalters ist gleich dem Spannungsabfall AV, der von der Stromimpulsquelle 33 erzeugt wird. Da die Kapazität 34 erfindungsgemäß viel kleiner als die Kapazität 32 ist, wird sie den überwiegenden Teil der Spannung ^V absorbieren, die ursprünglich den Ladestrom auf das Schließen des Schalters hin erzeugte. Deshalb ist der gesamte Ladungstransport über den soeben beschriebenen Stromweg viel kleiner als es der Fall wäre, wenn die Kapazität 34 durch einen guten Leiter oder durch einen großen Kopplungskondensator ersetzt sein würde, wie dieses für eine sehr dünne Schicht 24 der Fall wäre. Die ursprünglich vom Schreib-Elektronenstrahl gelieferte Ladung, dargestellt durch die Stromquelle 33, war viel größer, beispielsweise um das (1 + C ,/C.)-fache größer, als die soeben durch die Kapazitäten 32 und 34 transportierte Ladung, wobei C die Kapazität des Kondensators 34 und C , die Kapazität des Kondensators 32 sind. Daher wird die Kapazität 32 nur teilweise umgeladen. Wenn

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sich der Lese-Elektronenstrahl auf die nächste Stelle bewegt, wie dieses durch das öffnen des Schalters 38 und das Schließen eines anderen Schalters, beispielsweise des Schalters 38¹, dargestellt sein würde, tritt eine ähnliche teilweise Umladung der Übergangskapazität 32' auf. Die Spannung an der Kapazität 34 nach dem Auslesen hat den Wert

AV

1 + C /C

(1)

V d

Diese Spannung fällt wegen eines Leckstroms über den Widerstand schnell auf Null ab. Die Spannung über der Kapazität 32, die vor dem Umladen bei dem Wert V™ - V begonnen hatte, hat nunmehr den

ΔΥ

T 1 + C_f/C_d

(2)

Die dem Elektronenstrahl zuweisende Oberfläche des Films 24, die vorher ein Potential .AV hatte, hat nunmehr das Potential

(3)

ι + <yc_d ·

Bei der nächsten Ausleseabtastung tritt eine ähnliche partielle Umladung der Übergangskapazität 32 auf. Jedesmal absorbiert die Kapazität des dar üb erliegenden Teils der halbisolierenden Schicht 24, d. h. die Kapazität 34 das meiste der der Serienschaltung ausgedrückten

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Spannungsänderung. Nach der η-ten Ablesung hat das Oberflächenpotential den Wert

c_f/c/

(4)

Die durch den Widerstand R während jeder aufeinanderfolgenden

J-J

Auslesung transportierte Ladung wird um den Faktor (1 + C„/C,) reduziert. Da der Wert von C./C für jede Diode der gleiche ist, werden die Relativwerte des über die ganze Speicheroberfläche erzeugten Signals von Abtastung zu Abtastung beibehalten und gleichen den relativen Werten der ursprünglich gespeicherten Ladung.

Würde das Umladen der Kapazität 32 auf die volle Sperrspannung V₁₇₁ der Diode 31 bei mehreren Ausleseabtastungen für jede Schreib-Elektronenstrahlabtastung graphisch dargestellt, so würde gefunden, daß die Punkte auf einer Exponentialkurve liegen. Für eine annähern dreiprozentige Änderung in der Spannungsreduzierung Δ V über der Kapazität 32 für jede Lese-Elektronenstrahlabtastung, d. h. C_f/C *0, 03, unterscheidet sich das entspeicherte Ausgangs signal von dem der vorausgegangenen Abtastungen um etwa 3 %, ein Betrag der vom menschlichen Auge nicht ohne weiteres erkannt wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Signalamplitudenabnahme von Rahmen zu Rahmen, die in genau definierter Weise gleichförmig über dem ganzen Schirm

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auftritt, zu kompensieren durch Programmieren der Verstärkung eines Video-V er stärkers, der auf den Schirmwiderstand R folgt. Daher wird das wie der gegebene Bild kein Flimmern von Rahmen zu Rahmen zeigen. Für ein Abtastkompressionsverhältnis von n, d.h. η Leserahmen für jeden Schreibrahmen, würde es typischerweise wünschenswert sein, C ,/C„ β η zu machen, was bedingt, daß das Lesesignal auf 1/e nach η Auslesungen abnimmt (e ^m Basis des natürlichen Logarithmus). Daher findet das obige Beispiel Anwendung für ein Abtastkompressionsverhältnis von η ^ 3 0.

Der Schirm 12 wird typischerweise wie folgt hergestellt: Eine einkristalline η-leitende Siliziumscheibe_a etwa o_} 13 bis o,4 mm dick, wird zur Herstellung der Unterlage 20 poliert, sodann zur Erzeugung einer Siliziumdioxydschicht oxydiert. In letztere wird ein Muster von öffnungen eines Durchmessers von 8 Mikrometer bei einem Mittenabstand von 20 Mikrometer unter Verwendung üblicher photolitographischer Maskier- und Ätzmethoden eingeätzt. Die solcherart geätzte Siliziumdioxydschicht bildet die isolierende Oxydschicht 22, die 0, 01 bis 1 Mikrometer dick ist, typischerweise 0,1 Mikrometer. In die exponierten Gebiete der Unterlage 20 wird unter geeigneten Diffusionsbedingungen Bor eindiffundiert, um die ρ-Zonen 21 zu erzeugen, wobei die Oxydschicht 22 als Diffusionsmaske wirkt. Der spezifische Widerstand der Unterlage wird so gewählt, daß Dioden der entspre-

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chenden Kapazität entstehen. Ein typischer spezifischer Widerstand ist O, Ol Ohm-cm, der zu Dioden mit Kapazitäten des typischen Werts

-13

von 10 Farad führt. Jeglicher Borglasrest oder Verunreinigungsfilm, der sich auf der Oxydschicht zu bilden sucht, wird mit Hilfe eines geeigneten Lösungs- oder Ätzmittels entfernt. Zur Erleichterung eines guten Ohmschen Kontakts 25 an die Unterlage 20 und zur Herstellung der Dotierstoff gradientenzone 29 wird Phosphor in die exponierten Gebiete der Unterlage bei etwa 900 C 20 Minuten lang eindiffundiert. Auch hier wird jegliche resultierende Glas- oder Dotierstoffschicht von der Oxydschicht 22 mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels entfernt. In der Zone 29 führt der Phosphor zu einem η -Material mit einem Dotierstoffgradienten. Von der Phosphordiffusion wurde gefunden, daß sie die Massivmaterial-Eigenschaften der Vorrichtung verbessern.

Die halbisolierende Schicht 24 wird über der Oxydschicht 22, beispielsweise in einer Dicke von einem Mikrometer; aufgebaut, und zwar durch Verdampfen von pulverisiertem reinem kristallinem Silizium oder anderem geeignetem Material über der Schicht 22 in horizontaler Lage unter inerter Atmosphäre, bis die vorstehend angegebene Dicke erhalten wird. Einige Siliziummonoxyd-Partikel werden durch Wechselwirkung mit der Oxydschicht 22 erzeugt. Die entstehenden Silizium- und Siliziummonoxyd-Partikel halten durch natürliche

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Adhäsion zusammen und machen untereinander hochohmigen Kontakt.

Ein guter Kontakt 25 an die η -Zone erfolgt ohne Schwierigkeiten nach üblichen Methoden durch Aufdampfen von Metall, beispielsweise von Gold.

Es sei bemerkt, daß der vorstehende Prozeß ohne weiteres auch dahingehend abgewandelt werden kann, daß die Unterlage aus p-Material und die Schirmzonen aus η-Material hergestellt werden. In diesem Fall zieht der Lese-Elektronenstrahl Elektronen durch Sekundäremission ab, statt dieselben anzuliefern. Die Dioden werden daher in Sperrichtung vorgespannt. Sodann bewirken die von den energetischen Schreibelektronen erzeugten Sekundärelektronen die Entladung der Übergänge.

Alternative Materialien für die halbleitende Schicht 24 können beispielsweise körniges oder amorphes elementares Silizium, Titandioxyd, Galliumarsenid, Antimontrisulfid, Siliziummonoxyd oder Mischungen hiervon mit spezifischen Widerständen im oben angegebenen Bereich sein. Auch kann eine Mischung aus Materialien mit hohem bzw. niedrigem spezifischem Widerstand mit Vorteil verwendet werden. Beispielsweise kann eine halbisolierende Schicht aus Titandioxyd oder Galliumarsenid leicht mit den angegebenen Werten für ' spezifischen Widerstand und 'Schichtkapazität hergestellt werden.

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Typische Werte der Vorspannungen gegenüber Erde bei den Anordnun gen 10 und 40 nach Fig. 1 sind die folgenden:

Spannung in Volt 0 (Erde) +5 -20 +300 +67 +180 -2,000 -2, 020 -1,700 -1, 950 -1,820

Diese Spannungen werden durch geeignete Spannungsquellen erzeugt.

Komponente	(23)
11
20	und 14
15
16
17
18
41	und 42
44
46
47
48

Claims

Patentansprüche

1. Elektronenstrahl-Ladungsspeichervorrichtung mit einem Schirm, der eine Einrichtung zum kapazitiven Speichern einer Mehrzahl Ladungen gleichzeitig an verschiedenen Koordinatenpositionen sowie eine Einrichtung zum Auslesen der an den Koordinatenpositionen gespeicherten Ladungszustände auf das Auftreffen eines Elektronenstrahls an den Koordinatenpositionen hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleseeinrichtung (11,13, 24, R₁. , 23) Mittel (24) zur in Zusammenwirkung mit der Speichereinrichtung (20, 21) erfolgenden kapazitiven Unterteilung der Spannungsänderung aufweist, welche der Vorrichtung während des Auftreffens des Elektronenstrahls aufgedrückt wird, so daß die Ajusleseeinrichtung die Ladungszustände mehrere Male auslesen kann, bevor ein größerer Teil der gespeicherten Ladung eliminiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur kapazitiven Unterteilung der Spannungsänderung eine über den Koordinatenpositionen im Weg des Elektronenstrahls gelegene Materialschicht aufweist, die dahingehend halbisolierend ist, daß sie senkrecht zur Schichtebene eine Entladungszeitkonstante besitzt, die kleiner als die zur Abtastung aller Koordinatenpositionen durch den Elektronenstrahl erforderliche Zeit und größer als die zur Abtastung

einer einzelnen Koordinatenposition erforderliche Zeit ist, daß die Materialschicht Kapazitäten in Ausrichtung mit den Koordinatenpositionen aufweist und daß jede dieser Schichtkapazitäten gegenüber den entsprechenden Speicherkapazitäten der Koordinatenpositionen um einen Faktor von der Größenordnung der Anzahl von Malen kleiner ist, die der Schirm für jede Ladungsspeicherung in der Koordinatenposition abzufragen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbisolierende Schicht aus einem Material aufgebaut ist, das aus der Gruppe, bestehend aus elementarem Silizium, Siliziummonoxyd, Titandioxyd, Galliumarsenid oder Antimontrisulfid oder einer Kombination dieser Materialien in körniger oder amorpher Form, ausgewählt ist.

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