DE2000716B2 - Speichertargetelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichertargetelektrode mit einer elektrisch leitenden Signalplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Speichertargetelektrode in dem evakuierten Kolben einer Speicherröhre angeordnet. Eine solche Speicherröhre ist ferner mit einer Anordnung versehen, welche zwecks Bildung eines Ladungsmusters auf den Speichergebieten einen modulierten Elektronenstrahl auf die Speichertargetelektrode richtet. Derartige Speicherröhren können für Fernsehkameraeinrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen, Kathodenstrahlgeräte und anderweitige Einrichtungen verwendet werden.

Aus der GB-PS 1122369 ist eine in integrierter Technik ausgebildete Photodiodenmatrix bekannt, deren einzelne Diodenelemente pn-Übergänge aufweisen, die zunächst in den Sperrzustand vorgespannt sind und bei Bestrahlung mit Ultraviolett- oder Ihfrarotenergie oder mit sichtbarem Licht stromführend werden. Ferner behandelt die GB-PS 1065 771 einen Aufzeichnungsträger, bei dem auf einen Isolator, der aus Glas, Porzellan, Silikonharz, Polyvinylchlorid, Polyvinylazetat, Epoxyharz, Polyvinylbutyral oder Wachs bestehen kann, eine Ladungsträgerschicht aus einer Mischung eines derartigen Isolatormaterials mit einem Halbleitermaterial wie Germanium, Silizium, Selen, Kupferoxidul, Zinkoxid, Bleioxid, Nickeloxid, Cadmiumsulfid, Zinkselenit oder Anthrazen, aufgebracht ist. Bei diesem bekannten Aufzeichnungsmaterial handelt es sich um Informationsträger, wie es für elektrophotographische Verfahren (Photokopiergeräte) oder zur Aufzeichnung von Ton- und Bildsignalen, die bisher auf Magnetbandmaterial aufge-

zeichnet worden sind, verwendet wird.

. Bei einigen bekannten Speicherröhren der eingangs erwähnten Art, wie sie in den US-PS 2193101 und 3007078 beschrieben sind, ist die Speichertargetelektrode aus einer Metallplatte gebildet, auf deren einer, der Elektronenquelle in der Röhre zugewandten Seite eine Speicherschicht in Form einer offenen Anordnung aus Sekundärelektronen emittierendem Isoliermaterial angebracht ist. Die Metallplatte kann als Signalelektrode für die Schirmspeicherplatte dienen. Bei Äuftreffen von schnellen Elektronen auf die Isolierschicht wird durch Sekundärelektronenemission auf der Oberfläche der Isolierschicht ein Ladungsmuster erzeugt. Dieses wird dann abgelesen, indem ein Strahl aus langsamen Elektronen gegen die Speicherplatte gerichtet wird. Dieser Strahl wird beim Durchtritt durch die offene Anordnung des Isoliermaterials durch das Ladungsmuster auf der Speicherschicht moduliert.

Mit den in den bekannten Speichertargetelektroden verwendeten Isoliermaterialien läßt sieh wegen der relativ hohen Ladekapazität von der Elektrode zur Oberfläche der Speicherschicht eine hohe Empfindlichkeit nur mit Schwierigkeit erreichen. Durch Verringern dieser Kapazität werden die Lade- und die Entladegeschwindigkeit der Speichertargetelektrode erhöht, wodurch die Empfindlichkeit sowie die Schreib- und die Löschgeschwindigkeit der Röhre verbessert werden. Man hat versucht, die Ladekapazität durch Vergrößern der Dicke der Speicherschicht auf einem Metallschirm zu verringern. Auf diese Weise ist es zwar gelungen, die Kapazität einer Speichertargetelektrode etwas zu erniedrigen, jedoch auf Kosten der Durchlässigkeit der offenen Anordnung der Speicherschicht für den Elektronenstrahl. Die Elektronenstrahldurchiässigkeit einer Speichertargetelektrode ist definiert als das Verhältnis der Gesamtfläche der Durchtrittsöffnungen in der Speicherschicht zur Gesamtfläche der Speicherelektrode. Beim Ablesevorgang tritt der Elektronenstrahl durch die Öffnungen in der Speicherelektrode hindurch, so daß ein der gespeicherten Information entsprechendes Ausgangssignal gewonnen wird. Die Verringerung der Elektronenstrahldurchlässigkeit hat daher eine Verschlechterung des Ablesevermögens der Röhre zur Folge. Eine derartige Verdickung der Speicherschicht bringt außerdem Schwierigkeiten infolge von Wandaufladung, d. h. Aufladung der Innenwände der Öffnungen in der Speicherelektrode mit sich. Ferner sind derartige Schirmspeicherelektroden auch deshalb nur in beschränktem Maße wünschenswert, weil es schwierig ist, eine Speicherschicht mit gleichmäßiger Dicke herzustellen. Bei Speicherröhren mit großen, isolierten Metallnetzspeicherelektroden muß das Metallnetz relativ großmaschig sein, um eine ausreichende mechanische Festigkeit zum Abstützen der Speicherschicht zu ergeben, wodurch die optische Durchlässigkeit der Speicherelektrode weiter verringert wird. Außerdem haben derartige Speicherelektroden ein begrenztes Auflösungsvermögen wegen der mechanischen Begrenztheit der Maschengröße, und zwar weniger als 3048 Zeilen pro Zentimeter.

Bei bekannten Speichertargetelektroden der genannten Art werden für die Speicherschichten Metalloxide wie Aluminiumoxid verwendet. Diese Metalloxide sind nur beschränkt brauchbar, und zwar wegen ihrer relativ hohen Ladekapazitätswerte und der entsprechend niedrigen Speicherelektrodenempfindlichkeiten als Folge von Kriechströmen durch das Isoliermaterial und damit kurzer Informationsfesthaltezeiten. Dies macht es erforderlich, daß die auf der Speicherschicht gespeicherte Information häufig erneuert oder wiederhergestellt werden muß, beispielsweise durch einen Flutstrahler, der eine breitgestreute Elektronenentladung auf die Speicherelektrodenoberfläche richtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Empfindlichkeit der bekannten Speichertargetelektroden bei einer gleichzeitigen Verbesserung des Auflösungsvermögens. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung sind die Erhältlichkeit von Halbtönen oder einer breiteren Grauskala statt bloß zweier Tonwerte (bistabiler Betrieb); eine niedrigere Speicherelektrodenkapazität, verbunden mit relativ dünnen Speicherschichten und folglich erhöhter Speicherelektrodenempfindlichkeit sowie erhöhter Schreib- und Löschgeschwindigkeit; leichtere Herstellbarkeit der Speichertargetelektrode; verbessertes Anhaften der Speicherschicht am Substrat der Speichertargetelektrode; und verbesserte Speichertargetelektrodenauflösung.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Speicherröhre mit der erfindungsgemäßen Speichertargetelektrode,

Fig. 2, 3 und 4 perspektivische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen von Speichertargetelektroden,

Fig. 5 bis 12 schematische Schnittdärstellungen der Speichertargetelektrode zur Erläuterung ihrer Funktion,

Fig. 13 bis 16 perspektivische Teildarstellungen weiterer Ausführungsformen von Speichertargetelektroden.

Fig. 1 zeigt eine Informationsspeicherröhre 10. Die Speicherröhre 10 besteht aus einem evakuierten Kolben 12 aus irgendeinem geeigneten Material, beispielsweise Glas. Im Kolben 12 befindet sich ein einzelnes Elektronenstrahlsystem 14 mit Kathode 16, Steuerelektrode 18, Beschleunigungsanode 22 und Fokussierelektrode 25. Ferner befindet sich im Kolben 12 an dessen anderem Ende eine Speichertargetelektrode 20. Die Beschleunigungsanode 22 ist über eine Leitung 23 an eine Spannungsquelle 24 angeschlossen, und die Steuerelektrode 18 ist über eine Leitung 26 an eine Quelle 28 eines in seiner Wellenform auf der Speicherplatte 20 zu speichernden Eingangssignals angeschlossen. Die Fokussierelektrode 25 ist über eine Leitung 27 an eine Spannungsquelle 29 angeschlossen. Verschiedene Ausführungsformen der in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Speicherplatte 20 werden anschließend beschrieben.

In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2 besteht die Speichertargetelektrode 20 aus einer Speicherplatte in Form eines Substrats 30 aus Halbleitermaterial, auf dessen einer Hauptfläche 32 eine Speicherschicht 34 angeordnet ist. Das Halbleitermaterial des Substrats hat einen Energiebandlückenwert von 0,6 bis 1,2 eV. Vorzugsweise verwendet man hierfür entweder Silizium oer Germanium mit n⁺-, p- oder p⁺-Dotierung. Geeignet ist die polykristalline oder

In Fig. 5 ist, ohne daß die Speichertargetelektrode 20 mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt ist, zunächst dem Substrat 30 eine Spannung (V₁) von + 20 V zugeführt. Diese Spannung erzeugt eine Ladung von + 20 V auf der Oberfläche 36 der Speicherschicht 34. Diese Aufladung der Speicherschicht 34 kommt durch kapazitive Kopplung zwischen der Hauptfläche 32 des Substrats, auf der sich die Spei-

einkristalline Form von entweder Germanium oder gen.
Silizium. Das Substrat 30 ist genügend dick, so daß
sich eine selbsttragende Speichertargetelektrode ergibt, z. B. 0,254 mm. Die Speicherschicht 34 hat die
Form eines Netzes, das hier als eine durchgehende, 5
von Öffnungen oder Löchern vollständig durchsetzte
Schicht gebildet wird. Die Speicherschicht 34 bedeckt
nur einen Teil der Hauptfläche 32, während andere
Teile durch Öffnungen 38 in der Speicherschicht direkt zugänglich sind. Die Speicherschicht 34 besteht ¹⁰ cherschicht befindet, und der Oberfläche 36 der Speiim wesentlichen aus einer sekundärelektronenemit- cherschicht 34 zustande. Während auf dem Substrat tierenden Isolierverbindung eines Halbleitermaterial- 30 eine Spannung von +20V erhalten bleibt, wird typs, aus dem das Substrat 30 besteht. Als Isolierver- das Elektronenstrahlsystem 14 eingeschaltet, wobei bindung verwendet man vorzugsweise das Dioxid oder der dadurch erzeugte Elektronenstrahl 62 durch die das Nitrid des Siliziums oder Germaniums. Der Aus- ^X5 Ablenkanordnung 60 so geführt wird, daß er die Speidruck »Schicht« bezeichnet hier sowohl eine durchge- chertargetelektrode 20 und folglich die Speicherhende Schicht als auch eine unterbrochene Schicht, schicht 34 abtastet.

bestehend aus einer Anordnung von getrennten Tei- Wegen der positiven Ladungen auf der Speicherlen, schicht 34 treffen auf die Speicherschicht 34 Elektro-

Das als Signalplatte der Speichertargetelektrode 20 ²⁰ nen vom Strahl 62 in ausreichender Menge auf, um •dienende Substrat 30 (Fig. 1) ist mit einer elektri- die Ladespannung der Speicherschicht 34 auf Null zu sehen Anschlußleitung 40 versehen, über welche der erniedrigen, wie in Fig. 6 gezeigt. Danach wird der Speichertargetelektrode eine veränderliche elektri- Strahl ausgeschaltet und die Spannung V₁ auf +100V sehe Spannung von einer Spannungsquelle 42 zuführ- erhöht, wie in F i g. 7 gezeigt. Diese Erhöhung um 80 V bar sowie ein elektrisches Ausgangssignal vom Sub- ²5 bewirkt durch kapazitive Kopplung eine entsprestrat 30 abnehmbar ist. Das Ausgangssignal kann chende Erhöhung (d. h. auf + 80 V) der Ladespanbeispielsweise an eine Bildwiedergaberöhre 44 über- nung auf der Speicherschicht 34. Die Erhöhung der tragen oder anderweitig verwendet werden. Die Spei- Spannung V, sollte so groß bemessen werden, daß die chertargetelektrode 20 ist in der Speicherröhre 10 so Ladespannung auf der Speicherschicht 34 auf einen angeordnet, daß die Speicherschicht 34 dem Elektro- 3° Wert angehoben wird, der die erste Übergangsspannenstrahlsystem 14 zugewandt und im wesentlichen nung auf der Sekundäremissionskurve für das jeweirechtwinklig zu dessen Achse angeordnet ist. Die lige Isoliermaterial der Speicherschicht 34 übersteigt. Speichertargetelektrode 20 ist durch einen Tragring Bei die erste Ubergangsspannung übersteigenden La-46 oder anderweitige bekannte Mittel in der Speicher- despannungen ist das Sekundärelektronenemissionsröhre 10 gehaltert. Zwischen dem Elektronenstrahl- 35 verhältnis größer als 1. Bei einer Speicherschicht aus system 14 und der Speichertargetelektrode 20 befin- Siliziumdioxid beträgt die erste Übergangsspannung det sich eine auf einem Tragring 50 gehalterte weniger als -I- 50 V in bezug auf das Kathodenpoten-Sekundärelektronen-Kollektorelektrode 48. Die tial.

Speichertargetelektrode 20 ist durch einen isolieren- Anschließend wird (Fig. 8) der Elektronenstrahl

den Abstandring 52 vom Tragring 50 elektrisch ge- 4° 14 eingeschaltet und die Speichertargetelektrode 20 trennt. Die Kollektorelektrode 48 hat eine Anschluß- mit einem Schreibstrahl 62 a aus schnellen Elektronen leitung 54 zum Zuführen einer Spannung von einer abgetastet, während die Spannung V, auf +100V ge-Spannungsquelle 56. Außerhalb des Kolbens 12 be- halten wird. Da die Speicherschicht 34 eine Ladefinden sich eine magnetische Strahlfokussieranord- spannung (d. h.+80V) hat, welche den Wert der ernung 58 und eine magnetische Strahlablenkanord- 45 sten Übergangsspannung für eine Siliziumdioxidnung 60, die den Elektronenstrahl 62 rasterförmig schicht übersteigt, können von der Speicherschicht 34 über die Speichertargetelektrode 20 ablenkt. Man bei deren Abtastung durch den Strahl Sekundärelekkann statt dessen auch eine elektrostatische Fokus- tronen mit einem Sekundär-zu-Primär-Verhältnis, sier- und Ablenkanordnung verwenden. . das größer als 1 ist, emittiert werden. Die Anzahl der

Fig. 5 bis 12 veranschaulichen schematisch die so emittierten Sekundärelektronen hängt vom Strahl-Speichertargetelektrode 20 nach Fig. 2 in verschiede- strom ab, der, wie erwähnt, durch das Eingangssignal nen Phasen (Schreib-, Lese- und Löschphase) einer an der Steuerelektrode 18 des Elektronenstrahlsy-Betriebsart der Speicherröhre 10 nach Fig. 1. Bei die- stems 14 moduliert ist.

ser Betriebsart erfolgt das »Schreiben« auf die Spei- Wegen der Modulation des Elektronenstrahlstroms

chertargetelektrode 20 dadurch, daß Sekundärelek- 55 durch das Eingangssignal weisen einige Speichergetronenemission von der Speicherschicht 34 hervorge- biete der Speicherschicht 34 (A, B, C) nach Auf treffen rufen wird. Bei der in Fig. 5 bis 12 gezeigten des Strahls eine erhöhte Ladespannung (auf +85, Speichertargetelektrode 20 besteht das Substrat 30 im +90 bzw. +87V) auf, während andere Teile (D) wesentlichen aus z. B. Silizium des gewünschten Lei- keine solche Erhöhung aufweisen, wie in Fig. 8 getungstyps und die Speicherschicht 34 im wesentlichen 6o zeigt. Diese Erhöhung ergibt sich daraus, daß mehr aus z. B. Siliziumdioxid. Mit A, B, C und D sind einige Sekundärelektronen die Speicherschicht 34 in diesen

Teilen verlassen, als Primärelektronen auftreffen. Das heißt, bei der Abtastung der Speichertargetelektrode 20 moduliert in diesem Fall das Eingangssignal den

den Speichergebiete sind in Fig. 5 bis 12 jeweils über 65 Strahlstrom so, daß von den Teilen A, B und C, nicht den einzelnen Speichergebieten angegeben. In Fig. 5 dagegen vom Teil D, ausreichende Mengen von Sekundärelektronen emittiert werden, um wahrnehmbare und unterscheidbare Änderungen der Ladespan-

der isolierenden Speichergebiete bezeichnet, aus denen die Speicherschicht 34 zusammengesetzt ist. Illustrative Ladespannungswerte für die entsprechen-

bis 12 sind sämtliche an das Substrat angelegten Potentiale (V₁) auf das Potential der Kathode 16 bezo-

20 OO

nung zu erzeugen. Die Unterschiede zwischen den Ladespannungen der Teile A, B und C ergeben sich aus der unterschiedlichen Menge der von diesen Gebieten emittierten Sekundärelektronen, wobei dieser Unterschied durch den jeweils unterschiedlichen Wert des Strahlstroms beim Abtasten der Teile A, B und C durch den Strahl bedingt ist. Der erhöhte Wert der Ladespannung liegt vorzugsweise um mindestens 10 V unter dem Wert der Spannung V₁, damit man eine zerstörungsfreie Ablesung erhält. Sämtliche Sekundärelektronen werden von der Kollektorelektrode 48 aufgefangen, die auf einer Spannung von z. B. + 500V in bezug auf das Kathodenpotential liegt.

Danach wird der Strahl abgeschaltet und die Spannung V₁ um einen Wert verringert, der mindestens ^X5 gleich der höchsten Ladespannung (d. h. ungefähr 90 V) auf der Speicherschicht ist, wie in Fig. 9 gezeigt. Als Folge davon ist die angelegte Spannung V₁ in diesem Fall nicht größer als 10 V. Wegen der kapazitiven Kopplung werden die Ladespannungeh auf der Speicherschicht 34 um einen Wert (d. h. ungefähr 90 V) verringert, welcher der Verringerung der angelegten Spannung entspricht. Die Ladespannungen auf der Speicherschicht 34 sind daher entweder negativ oder null. In diesem Stadium ist das Schreiben beendet, und die in der Speichertargetelektrode in Form eines Ladungsmusters gespeicherte Information kann abgelesen werden.

Bei dem in Fig· IO veranschaulichten Lesevorgang wird, während die angelegte Spannung V₁ auf +10 V gehalten wird, das Elektronenstrahlsystem 14 eingeschaltet, so daß es einen Lesestrahl 62 b aus langsamen Elektronen erzeugt, der die Speichertargetelektrode 20 rasterförmig abtastet. Der durch die öffnungen 38 in der Isolierschicht 34 auf einen bestimmten Teil der Hauptfläche 32 des Substrats 30 auf treffende Anteil des Strahls 62 b ist von der Ladespannung der diesen Teil umgebenden Speicherschichtgebiete abhängig. Auf diejenigen freiliegenden Teile der Hauptfläche 32, die von Gebieten der Speicherschicht 34 mit relativ hoher negativer Ladespannung umgeben sind, können die Elektronen des Lesestrahls 62 b nur mit Schwierigkeit gelangen. Wo dagegen die Ladungen auf der Speicherschicht 34 nicht so stark negativ oder gar null sind, können die Strahlelektronen leichter auf die Hauptfläche 32 auftreffen. Der Elektronenfluß durch die Öffnungen 38 der Speicherschicht 34 wird daher durch das Ladungsmuster auf dieser Schicht moduliert. Die auf das Substrat 30 auftreffenden Elektronen erzeugen ein Ausgangssignal, das abgenommen und an die entfernte Wiedergaberöhre 44 zur visuellen Darstellung übertragen oder anderweitig verwertet wird. Das Ablesen geschieht bei dieser Betriebsart zerstörungsfrei. Da die Speichertargetelektrode 20 ein sehr langes Informationshaltevermögen hat, kann die gespeicherte Information viele Male ohne Veränderung des in der Speichertargetelektrode gespeicherten Ladungsmusters abgelesen werden.

Wenn (Fig. 11) die gespeicherte Information gelöscht werden soll, wird die Spannung V₁ auf einen Wert (ungefähr +20V) erhöht, der bewirkt, daß durch kapazitive Kopplung die Ladespannung an sämtlichen Stellen der Speicherschicht 34 auf mindestens Nullpotential (in bezug auf das Kathodenpotential) angehoben wird. Diese Erhöhung der Speicherplattenspannung erfolgt ohne Beaufschlagung der Speichertargetelektrode 20 mit einem Elektronenstrahl. Sodann wird, während die Spannung V₁ auf diesem Wert bleibt, ein Löschstrahl 62 c erzeugt, dessen Elektronen auf die positiv geladene Speicherschicht 34 auf treffen, wie in Fig. 11 gezeigt. Dadurch wird die Speicherschicht 34 auf Nullpotential in bezug auf das Kathodenpotential entladen, wie in Fig. 12 gezeigt. Die Speichertargetelektrode 20 ist nunmehr in Bereitschaft für eine neuerliche Informationsspeicherung, und die oben erläuterten Schritte können wiederholt werden.

Die beschriebene Speichertargetelektrode macht es möglich, daß der Schreib- und Löschvorgang in zufriedenstellender Weise innerhalb eines einzigen Abtastrasters durchgeführt werden können, wobei diese hohe Arbeitsgeschwindigkeit der verbesserten Empfindlichkeit und den verbesserten dielektrischen Eigenschaften der Speichertargetelektrode zuzuschreiben ist. Die Erfindung läßt sich auch im Rahmen anderweitiger bekannter Betriebsarten mit zerstörender oder zerstörungsfreier Ablesung realisieren. Bei der vorstehend beispielsweise erläuterten Betriebsart oder bei anderen bekannten Betriebsarten kann die Speichertargetelektrode zusammen mit einer Wiedergaberöhre zum Erzeugen von Halbtonbildern verwendet werden. Ein »Halbtonbild« ist definiert als ein Bild mit einem Bereich von sich stetig ändernden Grautönen einschließlich Schwarz und Weiß.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsform wird in einer Speicherröhre nach Art der Fig. 1 eine Speichertargetelektrode 70 verwendet, die aus einer auf der einen Hauptfläche 74 eines Substrats 76 aus Halbleitermaterial angeordneten Speicherschicht 72 in Form einer regulären Anordnung von Täfelchen 78 besteht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die auf der Hauptfläche 86 eines Substrats 88 angebrachte Speicherschicht 82 der Speichertargetelektrode 80 aus einer Anzahl von im wesentlichen parallelen Streifen 84. Bei beiden Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 bedeckt die Speicherschicht 72 bzw. 82 nur einen Teil der entsprechenden Hauptfläche 74 bzw. 86, während die freiliegenden Teile der Hauptfläche dem Elektronenstrahl 62 zugänglich sind. Bei der Speichertärgetelektrode nach Fig. 4 sind die Streifen 84 dem Elektronenstrahlsystem zugewandt. Die Abtastrichtung des Strahls 62 ist vorzugsweise im wesentlichen rechtwinklig zu den Hauptachsen der Streifen 84.

Bei sämtlichen Ausführungsformen nach Fig. 2, 3 und 4 besteht das Substrat (30, 76 bzw. 88) vorzugsweise im wesentlichen aus Silizium oder Germanium vom n⁺-, p- oder ρ⁺-Leitungstyp, während die Speicherschichten (34, 72 bzw. 82) im wesentlichen aus einer Isolierverbindung (z. B. dem Dioxid oder dem Nitrid) des Halbleitermaterials des Substrats bestehen. Die Speichertargetelektrode kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise wird die Speicherschicht 34 (Fig. 2) in der Weise hergestellt, daß zuerst auf dem Substrat 30 eine durchgehende Schicht (nicht gezeigt) einer Isolierverbindung des für das Substrat 30 verwendeten Halbleitermaterials angebracht wird. Wenn das Halbleitermaterial des Substrats Silizium und dessen Isölierverbindung Siliziumdioxid ist, wird diese Schicht in bekannter Weise durch thermische Oxydation des Substrats in Wasserdampf, chemisches Aufdampfen von einem Gemisch aus Silan und Sauerstoff oder anodische Oxydation erzeugt. Besteht die Speicherschicht 30 aus Siliziumdioxid, so ist um der leichteren Herstellbarkeit willen eine Schichtdicke von weniger als 3,0 Mikron

609525/179

20 OO 716

ίο

vorzuziehen. Jedoch ist an sich die Dicke der Speicherschicht nicht kritisch und kann einen breiten Bereich bis über 3,0 Mikron umfassen. Nach dem Aufbringen der durchgehenden Isolierschicht werden nach bekannten Photomaskier- und Ätzverfahren die Öffnungen 38 in dieser Schicht erzeugt. Die Öffnungen 38 durchsetzen vollständig die durchgehende Schicht, so daß die Hauptfläche 32 des Substrats 30 durch die Öffnungen 38 dem Elektronenstrahl zugänglich wird. Die Öffnungen 38 können statt der hier gezeigten Rechteckform auch anderweitige Formen, beispielsweise Kreisform, elliptische Form usw. haben. Die fertige Speichertargetelektrode kann jetzt mittels eines Klebmittels oder auf anderweitige geeignete Weise auf einer geeigneten Halterung, beispielsweise dem Tragring 46 (Fig. 1) montiert werden. Danach wird die montierte Speichertargetelektrode beispielsweise durch Verkleben des Tragringes 46 mit den Kolbenwänden im Inneren des Kolbens 12 (Fig. 1) befestigt.

Beider in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform sind die nicht von der Speicherschicht 94 bedeckten Bereiche der Hauptfläche 90 des Substrats 92 mit einem Material 96 legiert, das die Oxidation der Substratoberfläche verhindert. Eine Oxydation der freiliegenden Bereiche der Hauptfläche 90 ist deshalb unerwünscht, weil dadurch das Auf treffen des Elektronenstrahls auf diese Bereiche gestört und damit der Ablesevorgang der Speicherröhre behindert wird. Durch weitgehendes Unterbinden der Oberflächenoxydation des Substrats werden bei dieser Ausführungsform im Vergleich zu den Ausführungsformen nach Fig. 2,3 und 4 noch bessere Resultate erhalten. Als Oxydationsinhibitoren geeignete Materialien sind Gold, Silber, Wolfram, Molybdän, Platin, Nickel. Das Legieren kann nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Zerstäuben erfolgen. Die Dicke der legierten Gebiete 96 kann z. B. 1000 A betragen. Während im vorliegenden Fall die Speicherschicht 94 netzförmig ist, ist das Legierungsverfahren unabhängig von der Form der Speicherschicht anwendbar.

Bei der in Fi g. 14 gezeigten Ausführungsform der Speichertargetelektrode sind Halbleiterfelder 100 aus dem gleichen Material (z. B. im wesentlichen p⁺-, ppder η⁺-Silizium oder -Germanium) wie das Substrat 102 auf und in elektrischer Verbindung mit denjenigen Bereichen der Hauptfläche 104, die nicht von der Speicherschicht 106 bedeckt sind, angebracht. Die Halbleiterfelder 100 bedecken nur einen Teil der Oberfläche 108 der Speicherschicht 106 in denjenigen Gebieten, welche die entsprechenden Bereiche der Hauptfläche 104 umgeben. Sie ergeben im Vergleich zu den Ausführungsformen nach Fig. 2, 3, 4 und 13 eine vergrößerte Strahlauf trefffläche, so daß die Speicherplatte besser vom Elektronenstrahl erfaßt und dadurch die Leistungsfähigkeit der Speicherröhre erhöht wird. Das Ladungsmuster wird auf den freiliegenden Bereichen der Oberfläche 108 der Speicherschicht gespeichert. Die Halbleiterfelder 100 können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch chemisches Aufbringen eines durchgehenden Halbleiterfilmes (nicht gezeigt) durch Pyrolyse von Silan und anschließendes selektives Entfernen von Teilen des Halbleiterfilms durch Photomaskieren und Ätzen. Die Speicherschicht 106 besteht im wesentlichen aus einer Isolierverbindung wie einem Nitrid oder Dioxid des gleichen Halbleitermaterialtyps wie das Substrat 102. Statt auf die in Fig.

gezeigte netzförmige Speicherschicht 106 lassen sich solche Halbleiterfelder auch bei Speicherschichten anderweitiger Form anbringen.

Bei der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform ist auf der einen Hauptfläche 110 eines Substrats 112 aus Halbleitermaterial eine durchgehende Speicherschicht 114, d. h. eine Schicht, die im wesentlichen frei von Löchern, Öffnungen oder anderweitigen Diskontinuitäten ist, aus einer Isölierverbindung eines ίο Halbleitermaterials angebracht. Die Speicherschicht 114 kann nach den obengenannten Verfahren hergestellt werden. Auf der freiliegenden Oberfläche 116 der Speicherschicht 114 befindet sich eine Leiterschicht 118 von Netzform oder einer anderweitigen Form, bei welcher die verschiedenen Teile elektrisch untereinander verbunden sind. Die Leiterschicht 118 besteht aus Metall oder Halbleitermaterial (z. B. p-, P⁺- oder n⁺-leitendem Silizium oder Germanium) und hat eine Dicke von z. B. 2000 A. Eine Leiterschicht 118 aus Silizium kann beispielsweise durch Zersetzen von Silan und anschließendes selektives Entfernen von Teilen der Schicht durch Photomaskieren und Ätzen hergestellt werden. Die Leiterschicht 118 bedeckt nur einen Teil der Oberfläche 116 und steht mit Randteilen 120 in elektrischer Verbindung mit dem Substrat 112. Durch einen elektrischen Anschluß (nicht gezeigt) an entweder das Substrat 112 oder die Leiterschicht 118 können beide gleichzeitig mit elektrischer Spannung beaufschlagt werden, die bewirkt, daß das Substrat 112 und die Leiterschicht 118 auf der Oberfläche 116 der Speicherschicht 114 eine Ladespannung erzeugen. Das Substrat 112 erzeugt eine solche Ladespannung durch kapazitiven Parallelplatteneffekt zwischen seiner Hauptf lache 110 und der Oberfläche 116 der Speicherschicht 114. Die Leiterschicht 118 erzeugt eine solche Ladespannung durch kapazitiven Streufeldeffekt zwischen den freiliegenden Bereichen 122 der Oberfläche 116 der Speicherschicht 114 und den angrenzenden Wandgebieten 124 der Leiterschicht 118.

Die Ausführungsform nach Fig. 15 ist besonders vorteilhaft in Fällen, wo eine dickere (z. B. dicker als 3 Mikron) Speicherschicht vorgesehen ist, um noch niedrigere Werte der Speichertargetelektroderikapazität und noch höhere Schreibgeschwindigkeiten als bei den anderen Ausführungsformen zu erhalten. Wenn die Speicherschicht dicker als ungefähr 3 Mikronist, ist es schwierig, nach dem Photomaskier- und Ätzverfahren Löcher oder anderweitige Öffnungen in der Speicherschicht anzubringen, um das Halbleitersubstrat dem Elektronenstrahlsystem zugänglich zu machen, weil nämlich beim Durchätzen derartig dikker Speicherschichten die Seitenwände der sich ergebenden Öffnungen nicht genügend senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen, sondern gegen die Mitte der Öffnung geneigt sind. Derartig geneigte Wände haben den Nachteil, daß sie die Strählauf tref ff lache des Substrats verkleinern und die Kapazität der Speichertargetelektrode vergrößern, so daß das Auflösungsvermögen der Speichertargetelektrode und deren Leistungsfähigkeit sich verschlechtern. Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 kann die Speicherschicht verhältnismäßig dick gemacht und folglich eine Kapazitätsverringerung erzielt werden, ohne daß dabei eine verringerte Elektronenstrahldurchlässigkeit wie bei vorbekannten Netzspeichertargetelektroden mit dikker Speicherschicht in Kauf genommen werden muß. Bei der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform ist

auf der einen Hauptfläche 132 eines Halbleitersubstrats 134 eine durchgehende Speicherschicht 130 angeordnet. Auf der Oberfläche 138 der Speicherschicht 130 befindet sich eine Leiterschicht 136 von Netzform oder einer anderweitigen Form, bei der sämtliche Schichtteile elektrisch untereinander verbunden sind. Der Aufbau und die Materialien der Speichertargetelektrode nach Fig. 16 sind die gleichen wie bei der Ausführung nach Fig. 15, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Leiterschicht 136 elektrisch unabhängig vom Substrat 134 ist. Das Substrat 134 und die Leiterschicht 136 arbeiten beide als unabhängige Signalelektroden, denen über getrennte Anschlüsse (nicht gezeigt) eine Speichertargetelektrode von einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) zugeführt ist. Die kapazitive Kopplung zwischen der Hauptfläche 132 des Substrats und der Oberfläche 138 der Speicherschicht 130 erfolgt durch Parallelplattenkapazität, während die kapazitive Kopplung zwischen den freiliegenden Bereichen 140 der Speicherschicht 130 und den angrenzenden Wandgebieten 142 der Leiterschicht 136 durch Streufeldkapazität erfolgt. Da das Substrat 134 und die Leiterschicht 136 durch kapazitive Kopplung mit der Oberfläche 138 der Speicherschicht 130 unabhängig voneinander Ladespannungen auf der Oberfläche 138 erzeugen können, bilden sie zwei unabhängige Organe für die Steuerung dieser Ladespannung. Durch geeignete Wahl der relativen Form und Abmessungen des Substrats 134 und der Leiterschicht 136 läßt sich erreichen, daß eines von beiden einen geringeren kapazitiven Effekt hat und dann als Feinsteuerung verwendbar ist, während das andere als Grobsteuerung für die Speichertargetelektrode verwendet werden kann, wodurch die Leistung der Speicherröhre verbessert wird. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 15 und 16 wird das Ladungsmuster auf den freiliegenden Bereichen 122 bzw. 140 der Speicherschicht 114 bzw. 130 gespeichert, während der Lesestrahl auf die Leiterschicht 118 bzw. 136 auftrifft, von welcher dann das Ausgangssignal abgenommen wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eine Reihe von Vorteilen und überraschenden Wirkungen gegenüber dem Stand der Technik erzielt. So ergeben die hier beschriebenen Speichertargetelektroden unerwarteterweise eine vorteilhafte Kombination von hohem Widerstand mit entsprechend verbessertem Ladungsspeichervermögen und verhältnismäßig niedrigen Kapazitätswerten bei verhältnismäßig dünnen Speicherschichten. Wegen des hohen Ladungsspeichervermögens der für die Speichertargetelektrode verwendeten Isolierverbindungen lassen

!5 sich Halbtoninformationen erzeugen, so daß Analogdaten, und nicht nur Binärdaten, gespeichert werden können. Die visuelle Wiedergabe der gespeicherten Information kann daher eine breite Grauskala zusätzlich zu Schwarz und Weiß umfassen. Ferner ermög-

ao licht es das hohe Ladungsspeichervermögen der Speichertargetelektrode, daß die Information ohne Erneuerung über sehr viel längere Zeiträume gespeichert werden kann. Es braucht daher kein Flutstrahler oder anderweitiges Organ zur Erneuerung der Informs mationsspeicherung vorgesehen und keine Betriebszeit für eine solche Erneuerung aufgewendet zu werden. Durch die verhältnismäßig niedrigen Kapazitätswerte der Speichertargetelektrode wird deren Empfindlichkeit gesteigert und folglich die Schreib- und Löschgeschwindigkeit erhöht, so daß man mit einem einzigen Abtastraster fÜT das Schreiben oder Löschen auskommt. Auf Grund der relativ geringen Dicke der Speicherschicht sowie der speziell verwendeten Materialien können die Speicherröhren mit Speichertargetelektroden höheren Auflösungsvermögens und größerer Detäilfeinheit als vorbekannte Speicherröhren ausgerüstet werden, weil Speichertargetelektroden mit diesen Materialien sich besser ätzen lassen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Speichertargetelektrode mit einer elektrisch leitenden Signalplatte, mit deren Hauptfläche freiliegende Oberflächen isolierender Speichergebiete kapazitiv gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalplatte (30, 76, 88, 92,102,112,134) aus n⁺-, p- oder p,⁺-leitendem Halbleitermaterial besteht und die Speichergebiete (34, 72, 82, 94, 106, 114, 130) aus einer elektrisch isolierenden Verbindung des Hälbleitermaterials bestehen.

2. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermate- *5 rial der Signalplatte einen Energiebandlückenwert zwischen 0,6 eV und 1,2 eV hat und die Isolierverbindung aus dem Halbleitermaterial der Signalplatte gebildet ist.

3. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1 ^ao und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium oder Germanium ist.

4. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierverbindung das Dioxid oder Nitrid von Silizium oder ^a5 Germanium ist.

5. Speichertargetelektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichergebiete durch Umwandlung aus dem Halbleitermaterial der Signalplatte erzeugt sind.

6. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichergebiete eine nur einen Teil der Hauptflache der Signalplatte bedeckende Speicherschicht (34, 84, 94, 104, 114, 130) bilden.

7. Speichertargetelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (34) mit Öffnungen (38) zur Bildung eines Musters aus leitenden und isolierenden Bereichen versehen ist.

8. Speichertargetelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (100) vom n⁺-, p- oder p⁺-Leitungstyp auf und längs des Randes der freiliegenden Oberfläche der Speichergebiete angeordnet ist und die von der Speicherschicht nicht bedeckte Hauptfläche (104) der Signalplatte (102) in Leitungsverbindung mit ihr bedeckt.

9. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (82) die Form einer Anordnung paralleler Streifen (84) hat.

10. Speichertargetelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Speicherschicht weniger als 3 Mikron beträgt.

11. Speichertargetelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegenden Bereiche der Hauptfläche (90) des Substrats (92) mit einem oxydationshindernden Material (96) bedeckt sind.

12. Speichertargetelektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das oxydationshinderndc Material aus den Metallen Silber, Gold, Platin, Molybdän, Wolfram oder Nickel besteht.

13. Speichertargetelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (114, 130) durchgehend ist und daß auf ihr ein ununterbrochenes Leiternetz (118,

136) aus Metall oder einem Halbleitermaterial vom ρ-, ρ"¹"- oder η⁺-Leitungstyp angeordnet ist.

14. Speichertargetelektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiternetz (118) elektrisch leitend mit der Signalplatte (112) verbunden ist.

15. Speichertargetelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in dem evakuierten Kolben (12) einer Speicherröhre (Fig. 1) angeordnet ist, welche eine dem Target Signale zuführende Vorrichtung (Elektronenstrahlsystem 14) zur Ausbildungeines Ladungsmusters auf den Speichergebieten sowie eine das Ladungsmüster abtastende Vorrichtung enthält.

16. Speichertargetelektrode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein modulierter Elektronenstrahl (62a) die Targetelektrode mit einem gegenüber einem Bezugspotential negativen Ladungsmuster auflädt.

17. Speichertargetelektrode nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Elektronenstrahlsystem (14) statt des modulierten Elektronenstrahls zum Auslesen der im Ladungsmuster gespeicherten Information ein unmodulierter Elektronenstrahl (62 b) auf die Oberfläche der Targetelektrode derart richtbar ist, daß die Elektronen des Strahls durch die negativen Ladungen des Ladungsmusters der Speichergebiete auf die Signalplatte abgelenkt werden.