DE2003716A1 - Signalplatte fuer Bildaufnahmeroehren - Google Patents

Signalplatte fuer Bildaufnahmeroehren

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DE2003716A1 DE19702003716 DE2003716A DE2003716A1 DE 2003716 A1 DE2003716 A1 DE 2003716A1 DE 19702003716 DE19702003716 DE 19702003716 DE 2003716 A DE2003716 A DE 2003716A DE 2003716 A1 DE2003716 A1 DE 2003716A1
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Description

It 1479 ί«'?
SONY CORPORATION, Tokyo/Japan
Signalplatte für Bildaufnahmeröhren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalplatte für Bildaufnahmeröhren,: insbesondere eine Halbleiter-Signalplatte, die aus einer Vielzahl voji Diodenanordnungen aufgebaut ist.
Bisher wurden in großem Umfang Vidikons .als Bildaufnahmeröhren benutzt. Die Vidikon-Signalplatte ist eine photoleitende Schicht, die durch Aufdampfen von Antimontrisulfid Sb„S^, Bleimonoxyd PbO oder .dergleichen hergestellt wird. Eine aus diesen Materialien hergestellte Signalplatte ist jedoch, kristallographisch in vielen Bereichen unbekannt und läßt sich schwierig mit den gewünschten Eigenschaften herstellen v Die bekannten Signalplatten"sind ferner mit dem Machteil eines schlechten Nachleuchtens behaftet. Um diese Mängel zu vermeiden, wurde bereits eine Bildaufnahmeröhre vorgeschlagen, deren Signalplatte aus einem N-Typ-Halbleitersubstrat aufgebaut ist, der eine Anordnung isolierter P-Typ-Bereiche aufweist, die im Substrat Sperrschichtdioden bilden. Bildaufnahmeröhren dieser Art besitzen eine Raumladungszone in der Nähe der PN-Grenzschicht die nahe der lichtaufnehmenden Zone des Halbleitersubstrates angeordnet sein muß, um einen vergrößerten photoelektrischen
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Konversionswirkungsgrad und ein breiteres Ansprechen zu erzielen. Man kann dieses Problem dadurch überwinden, daß man die Stärke des Halbleitersubstrates verringert, daß.man eine tiefe Störstellen-Diffusion vornimmt, um die PN-Grenzschicht in der Nähe der lichtaufnehmenden Zone auszubilden, oder indem man den spezifischen Widerstand des Substrates kleiner aLs 100 Ohm cm wählt. Die erste Methode bringt jedoch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit der Signalplatte und damit die Gefahr eines Bruches der Signalplatte während der Herstellung oder bei der praktischen Benutzung des Vidikon mit sich. Der Substrat kann beispielsweise durch Läppen, Ätzen oder dergleichen selektiv entfernt werden, nachdem eine Diodenanordnung auf dem Substrat ausgebildet ist; dieses Entfernen führt jedoch leicht zu einer mangelnden Gleichförmigkeit in der Substratstärke sowie zu mechanischen Beanspruchungen in der PN-Grenzschicht, die eine Verschlechterung der Wirkung zur Folge haben. Bei dem zweiten Verfahren ist eine lange Zeit für die Störstellen-Diffusion erforderlich, was die wirtschaftliche Fertigung beeinträchtigt; die Störstellen-Diffusion in seitlicher Richtung begrenzt ferner die Zahl der herzustellenden Grenzschichtdioden und verringert damit die Auflösung. Da ferner die Störstellen-Diffusion eine lange Zeitdauer beansprucht, tritt eine Verunreinigung der Grenzschichtdioden durch die Verschlechterung einer Diffusionsstelle, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, ein, was die Funktion beeinträchtigt. Bei dem dritten oben genannten Verfahren besteht die Gefahr, daß sich in der Oberfläche des Substrats ein Kanal bildet, der einen Kriechstrom zwischen den PN-Grenzschichten hervorruft, was die Gleichrichtungscharakteristik verschlechtert und damit ebenfalls die Wirkung beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Signälplatte für Bildaufnahmeröhren zu schaffen, die eine
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hohe. Auflösung und einen ausgezeichneten photoelektrischen Konversionswirküngsgrad besitzt. Die Signalplatte soll ferner: eine hohe mechanische Festigkeit besitzen und leicht zu fertigen sein.
Die Erfindung geht.aus von einer Signalplatte für Bildaufnahmeröhren mit einem Halbleitersubstrat eines Leitfähigkeit styps, der an einer Oberfläche eine Anordnung von Bereichen aufweist, die mit dem Hauptteil des Substrats je eine PN-Grenzsehieht bilden. . ^
Bei einer derartigen Signälplatte bissteht die Erfindung darin, daß eine Schicht aufgedampft ist, die eine Anzahl pöiykristalliner Zonen angrenzend an die genannte Anordnung von Bereichen sowie eine einkristalline Zone enthält, wobei die polykristallinen Zonen denselben Leitfähigkeit styp wie die genannte Anordnung der Bereiche aufweisen und einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. .Es zeigen ,
Fig. 1 eine öchemätisehe Aufsicht auf eine übliche Signalplätte einer Bildaufnahmeröhre;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Signalplatte gemäß - Fig. Ii .
Fig. 3A bis 3E Schemadarstellungen zur Erläuterung der ",.,... Verfahrensschritte bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Signalplatte;
Fig. kk bis 4e und 5A bis 5F Schemadarstellungen der
Herstellung abgewandelter Ausführüngsbeispiele.
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In den Pig. 1 und 2 ist eine übliche Silizium-Signalplatte veranschaulicht, die einen Halbleitersubstrat 1, beispielsweise einen N-Typ-Siliziumsubstrat sowie P-Typ-Inseln 2 enthält. Eine Oxydschicht 33 beispielsweise eine Siliziumdioxydschicht, ist auf die ganze Fläche der Signalplatte als überzug aufgebracht und selektiv entfernt, so daß ein Teil jeder Insel freigelegt und die übrigen Teile geschützt sind. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird eine solche Signalplatte mit einer Stirnplatte H einer Bildaufnahmeröhre verbunden, wobei die den Inseln 2 abgewandte Seite la des Substrates an der Innenfläche der Stirnplatte 4 mit oder ohne Nesafilm anliegt. Das Licht 5 von einem aufzunehmenden Objekt tritt durch ein optisches System hindurch und trifft auf die Fläche la des Halbleitersubstrates 1 auf. Der Halbleitersubstrat 1 wird positiv gemacht und es werden die Inseln 2 nacheinander durch einen Elektronenstrahl 6 abgetastet. Die Sperrimpedanz eines Diodenteiles jeder PN-Grenzschicht J ändert sich mit der Intensität des auf die Fläche la des Substrates auftreffenden Lichtes und formt damit die Lichtsignale des Objektes in ein für eine Fernsehübertragung geeignetes elektrisches Signal um.
Um den photoelektrischen Konversionswirkungsgrad zu I
vergrößern und das Ansprechverhalten der Signalplatte zu
verbessern, muß der in der Nähe der PN-Grenzschicht J gebildete Raumladungsbereich 7 so nahe wie möglich an der lichtaufnehmenden Fläche la des Siliziumsubstrates 1 angeordnet werden.
Erfindungsgemäß wird nun der photoelektrische Konversionswirkungsgrad in folgender Weise vergrößert:
Ein N-Typ-Halbleitersubstrat 8 (vgl. Fig. 3A) wird bei-• · spielsweise aus Silizium hergestellt und besitzt eine Stärke
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von beispielsweise etwa 50 Mikron. Auf einer Oberfläche 8a des Halbleitersubstrates 8 wird durch selektives Aufdampfen, beispielsweise von Silizium, eine Anzahl kreisförmiger, amorpher Wachstumsschichten 9 für das Dampfwachstum polykristalliner Zonen in Übereinstimmung mit der Größe und Anordnung der letztlich gebildeten Inseln hergestellt (vgl. Pig. 3B). Da die auf den Schichten 9 gebildeten polykristallinen Zonen dazu neigen, bei ihrem Wachsen ihren Durchmesser bzw. ihre Breite zu vergrößern, muß dieser Umstand bei der Wahl der Abmessungen der Wachstumsschichten 9 berücksichtigt werden. Die Wachstumgsschichten 9 können aus SiIiziumdioxyd hergestellt sein. . .
Der nächste Schritt besteht in der Bildung einer N-Typ-Halbleiterschicht 10 mit einer Stärke von beispielsweise etwa 20 Mikron auf der Oberfläche 8a des Halbleitersubstrates 8 durch Aufdampfen bei einer geeigneten Temperatur von etwa 12000C (vgl. Pig. 3C). Bei diesem ,Aufdampfprozess wird ein Dampf, der beispielsweise aus Monosilan (SiHh), vermischt mit Wasserstoff (Hp) besteht, zur Einwirkung auf den Halbleitersubstrat 8 gebracht, so daß sich die Halbleiterschicht 10 bildet. Die resultierende Schicht 10 besteht aus polykristallinen Zonen 10a auf den Wachstumsschichten 9 und aus Einkristallzonen 10b auf denjenigen Bereichen der Oberfläche 8a des Substrates 8, auf'denen sich keine Wachstumsschichten (Impfkristallschichten) 9 befinden.
Auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 10 wird dann eine isolierende Oxydschicht 11, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, so hergestellt, daß die Schicht 11 beispielsweise kreisförmige Fenster 11a über den polykristallinen Zonen 10a aufweist (vgl. Fig. 3D). Dann wird eine P-Typ-Verunreinigung mit hoher Konzentration durch'die Fenster lla der Oxydschicht 11 in die polykristallinen Zonen 10a diffundiert,
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so daß in diesen P-Typ-Bereiche 12 ausgebildet werden. In diesem Falle diffundiert die P-Typ-Verunreinigung durch die polykristallinen Zonen 10a teilweise in die Einkristallzonen 10b und Ln den an die polykristallinen Zonen 10a angrenzenden Halbleitersubstrat 0, so daß PN-Grenzschichten J gebildet v/erden. Eine U-Typ-Verunreinigung wird in wenigstens eine der polykristallinen Zonen mit hoher Konzentration eindiffundiert, so daß ein N-Typ-Bereich, d.h. eine Elektrode 13 zum äußeren AnschLuß des Halbleitersubstrates 8 und der Einkristallzorien 10b gebildet wird. Auf diese Weise wird eine aus Diodenanordnungen bestehende Signalplatte der in Fig. ~}ü veranschaulichten Art hergestellt, die an der Stirnplatte des Vidikon angebracht wird. Nach Beendigung der Herstellungsvorgänge kann der Halbleitersubstrat 8 teilweise entfernt werden, indem von der lichtaufnehmenden Seite her beispielsweise geläppt wird, so daß eine gewünschte Stärke der Signalplatte erzielt wird. Gewünschtenfalls kann man den Halbleitersubstrat 8 auch nur im mittleren Bereich entfernen, in welchem die Dioden ausgebildet sind, d.h. im wesentlichen in dem lichtaufnehmenden Bereich, um auf diese Weise die erforderliche mechanische Festigkeit der Signalplatte aufrechtzuerhalten. Dabei ist darauf zu achten, daß keine Ungleichmäßigkeiten in der Stärke der Signalplatte auftreten und daß die PN-Grenzschichten nicht in unerwünschter Weise beansprucht werden, wenn ein großer Teil der Substratstärke entfernt wird.
Man kann auch eine Signalplatte herstellen, die aus zahlreichen Transistoren aufgebaut ist, wie Fig. 3E zeigt. Hierbei sind N-Typ-Bereiche 14 von hoher Stönstellenkonzentration in den P-Typ-Bereichen 12 ausgebildet.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei entsprechende Elemente mit' denselben Bezugs-
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zeichen wie in Fig. 3 bezeichnet und im folgenden nicht gesondert -erläutert sind. .
Der erste Verfahrensschritt gemäß Pig. 4 besteht in der Herstellung eines Halbleitersubstrates 8 (Fig. 4A) der dem Substrat des Beispieles der Fig. 3 entspricht. Eine P-Typ-Verunreinigung wird'selektiv in den Substrat 1 von der einen oberfläche 8a her mit großer Konzentration eindiffundiert, und zwar entsprechend den Abmessungen und der Anordnung von Inseln, die letztlich gebildet werden sollen. Auf diese Weise werden im Halbleitersubstrat 8 kleine, flache P-Typ-Inseln 15 (eingebettete Schichten) hergestellt. Es werden auf diese Weise im voraus PN-Grenzschichten erzeugt.
Dann werden amorphe Wachstumsschichten (Keimschichten) 9, beispielsweise in kreisförmiger Gestalt, durch selektives Aufdampfen, beispielsweise,von Silizium, auf der .Oberfläche 8a des Substrates in den über den P-Typ-Inseln 15 befindlichen Bereichen erzeugt. Die sich danach anschließenden Vorgänge (Fig. 4C und 4D öder JiC, 4D und 4E) entsprechen denen der Fig. 3C> 3D und 3E und sind daher nicht mehr erläutert. Es wird jedoch wenigstens eine polykristalline Zone 10a in einem Bereich gebildet, wo keine Inseln 15 liegen, so daß eine Elektrode 13 zum äußeren Anschluß des N-Typ-Bereiches entsteht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die Inseln 15 ganz nahe aneinander angeordnet, so daß sich eine hohe Auflösung ergibt. Die Fläche jeder Wachstumsschicht 9 ist kleiner als bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3· Die Stärke der Halbleiterschicht 10 liegt beispielsweise . in der Größenordnung von30 bis 50 Mikrom Die Schicht 10 besitzt eine solche Stärke, daß eine Berührung benach-. barter polykristalliner Zonen 10a beim Wachstum verhindert wird. Bei dem vorliegenden AusfÜhrüngsbeispiel dienen die polykristallinen Zonen 10a mit der eindiffundierten P-Typ-
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Störstelle als Elektroden zum Anschluß der Inseln (eingebetteten Schichten) Vj an eine äußere Schaltung. Pig. 1JE zeigt eine Signalplatte, die aus einer Anordnung von Transistoren besteht und eingebettete N-Bereiche 1*J aufweist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind gleiche Elemente wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es wird zunächst ein N-Typ-Halbleitersubstrat 8 (vgl. Pig. 5A), der dem Substrat des Ausführungsbexspieles der Fig. 3 entspricht, auf seiner ganzen Oberfläche 8a durch selektives Aufdampfen von beispielsweise Silizium mit einer amorphen Wachstumsschieht (Keimschicht) 9' als überzug ver- eehen, die zahlreiche kreisförmige Fenster 9af zum Dampf- wachitum der polykristallinen Zonen (in Übereinstimmung mit der Abmessung und Anordnung der letztlich gebildeten Inseln) aufweist.
Dann wird eine P-Typ-Halbleiterschicht 10* mit hoher Störstellenkonzentration mit einer Stärke von beispielsweise etwa 20 Mikron bei geeigneter Temperatur von etwa 12OO°C auf die Oberfläche 8a des Halbleitersubstrates 8 aufgedampft (vgl. Fig. 5C). Diese Halbleiterschicht 10' besteht aus polykristallinen Zonen 10a', die auf den Wachstumsschichten 9' gewachsen sind und Einkristallzonen 10b', die auf den kreisförmigen Flächen der Oberfläche 8a des Halbleitersubstrates 8 gebildet sind.
Danach werden beispielsweise kreisförmige, isolierende Oxydschichten 11' auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 10' gebildet, wodurch die Einkristallzonen 10b' ab-. gedeckt werden (vgl. Fig. 5D). Dann wird eine N-Typ-Verunreinigung in die polykristalline Zone 10a' durch die Oxyd-
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— Q —
materialschichten II1 eindiffundiert, wodurch ein N-Typ-.Bereich 17 gebildet wird. In diesem'Falle wird die B-Typ-Verunreinigung durch die ,polykristalline Zone 10a1 teilweise in die Einkristallzonen 10b1 und in den an die Zone 10a' angrenzenden Plalbleit er substrat 8 eindiffundiert, so daß in den Einkristallzonen 10b' P-Typ-Inseln 12' gebildet werden, "
Als nächstes wird die ganze Oberfläche der Halbleiterschicht 10' mit einer Oxydschicht 16 überzogen3 die danach selektiv durch litzen entfernt wird, so daß Fenster. l6a auf den P-Typ-Veruiireinigungsbereichen 12' in den Einkristallzonen 10b' gebildet werden (vgl, Fig. 5E). Die so gebildete Signalplatte besteht damit aus einer Vielzahl von Dioden. Ein Teil der M-Tyρ polykristallinen Zone 10a1 ist mit der Oxydschicht 16 nicht bedeckt und wird in einen N-Typ-Bereich hoher Konzentration umgewandelt, der als Elektrode 13' zum äußeren Anschluß des N-Typ-Bereiches verwendet wird.
In den P-Typ-Bereichen 12' können auch N-Typ-Inseln 1*1 gebildet werden, so daß die Signalplatte aus einer Vielzahl von Transistoren besteht. ■
Erfindungsgemäß wird die polykristalline Zone, in der die Störstellen-Diffusionsgeschwindigkeit größer als im Einkristall ist, gleichzeitig mit der Einkristallzone hergestellt und die Verunreinigung wird in den polykristallinen Bereich eindiffundiert. Selbst wenn die Signalplatte eine große Stärke aufweist, so kann der Abstand zwischen der lichtaufnehmenden Fläche der Signalplatte und der nahe der PN-Grenzschicht gebildeten Raumladungszone verkürzt und auch die Zeit für die Verunreinigungsdiffusion verringert werden.
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Claims (6)

  1. /Ü03716
    - LO -
    P a fc e η b a π s ρ r ü c h e
    l) SiOKiLpLatte für BiLdaufnahmeröhren, mit einem Halbleiter·.nib« trat einer, LeLt. nihigkeitstypts, der an einer Oberri/i:h^ eine An τίΐηιιη = ; von Bereichen aufweist, die mit λ. in H.iUptti'ii Iü.j ,l'ib ir;iMte!.5 je eine Pn-Uren/,.schicht bilden, 1 a Λ U r π h r e k e η η ζ e ί. .-; h η ο t , da IA HiUi' ,S-ihi'hi. .i'-ir-.'-iiiiipft Li.il·, die finu.' Anzahl von " po 1 ;l.r i .Π/·!. 1 1 i huh i',un;.'n irirren^und an die i*en lnnbe An-
    oi'dntuii" ν·»?: lier'ti Li-hen ί·α·.:1ο. ei a·; e LnIa1 i ϊ. t al 1. i tie "one ■■•uiMiä Ll , i/;"Hi;,'i d ι;--..· ju !..« r i.jita L L Inen Zonen dotujeiberi LeLtf'ih i ,;ir,> i. t,i t.yp wi=i ült) ^;-nannt'f? linordnurif-; von L'.er'o.Lehen ai.ifivti L'jori und einen rii adrigen iipez Lfiüchen Widerstand bo»LL"en.
  2. 2. SLynaLpLatte nach Anspruch L, dadurch gekennzeichnet, daß die einkrLstalline Zone denselben Leitfähigkeitstyp wie der Halbleitersubstrat besitzt.
  3. 3· Signalplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, \ daß die polykristallinen Zonen die genannte Anordnung der Bereiche bis zur Oberfläche der aufgedampften Schicht erstrecken.
  4. 4. Signalplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die aufgedampfte Schicht mit Ausnahme der Flächen auf den polykristallinen Zonen ein Oxydfilm aufgebracht ist.
  5. 5. Signalplatte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in den polykristallinen Zonen diffundierte Bereiche desselben Leitfähigkeitstyps wie der des Halbleitersubstrates ausgebildet sind.
    0 0 9 8 3 2/1359 bad original
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Signalplatte für eine Bildaufnahmeröhre, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps Wachstumsplätze (Keimflächen) erzeugt werden, daß auf den Substrat und die genannten Wachstumsplätze ein Halbleitermaterial, eines; ersten Leitfähigkeitstyps aufgebracht wird, so daß einkristalline Bereiche und polykristalline Bereiche gebildet werden, wobei die polykristallinen Bereiche auf den Wachstumsplätzen entstehen, daß eine Isolierschicht auf die einkristallinen Zonen aufgebracht und eine Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps in die polykristallinen Zonen eindiffundiert wird.
    7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß -in den polykristallinen Zonen Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden.
    00 98 32/1359
    . ORIGINAL INSPECTED
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