DE2054411A1

DE2054411A1 - Elektronenstrahl Speicherrohre

Info

Publication number: DE2054411A1
Application number: DE19702054411
Authority: DE
Inventors: Eugene Irving Convent Station NJ Gordon (V St A )
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1969-11-10
Filing date: 1970-11-05
Publication date: 1971-05-19
Also published as: GB1326417A; BE758507A; DE2054411C2; FR2069195A5; CA1003022A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY, Gordon, E.I.

Incorporated

Elektronenstrahl-Speicherröhre

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Speicherröhre zur Speicherung einer elektrostatischen Ladungsverteilung auf einem isolierenden Gitter und zum Lesen bzw. Abtasten der räumlichen Ladungsverteilung auf dem Gitter aufgrund lokalisierter Durchlässigkeit des Gitters für einen Abtastelektronenstrahl, insbesondere zur Verwendung in Video-Systemen.

Es ist allgemein üblich geworden, die in Video-Kameras verwendete Elektronenröhre, die zur Bildaufnahme dient, als Speicherröhre zu bezeichnen. Trotzdem darf nicht übersehen werden, daß die wesentliche Punktion einer derartigen Vorrichtung in der Umwandlung eines optischen Bildes in ein elektrisches Signal besteht. Das Merkmal der Speicherung ist hierbei als eine Nebenerscheinung anzusehen«

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Trotzdem werden Speicher-Elektronenröhren benötigt, die primär zu Speioherzwecken dienen. Diese Röhren sind derart, daß sie eingegebene Signale in gespeicherte umwandeln und als Speicher- oder Memoryzellen wirken.

Das übliche Speichermittel für Video-Signale ist Magnetband. Es hat den Vorteil, daß damit eine fortlaufende Folge von Video-Rastern praktisch unbegrenzt gespeichert werden kann. Es besteht jedoch auch ein Bedürfnis für Video-Systeme, mit denen einzelne Raster von stationären Bildern, beispielsweise " von gedruckten Schriftstücken übertragen werden können. Derartige Systeme benutzen in vorteilhafter Weise Speieherröhren, so daß ein einzelnes ausgewähltes Bild gespeichert und später abgefragt werden kann.

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Speicherröhre, die in der lage ist, die vorerwähnten Punktionen zu übernehmen, d.h. ein elektrisches Muster eines Bildes für eine Zeitdauer von einigen Sekunden bis zu vielen Minuten oder sogar Stunden zu speichern. Durch die Erfindung wird ein Target hohen Auflösungsvermögens geschaffen sowie eine Einrichtung, in welcher ein einziger Elektronenstrahl sowohl für das Ein- ^ schreiben von Signalen als auch für das Lesen der Signale verwendet wird. Beim Einschreiben der Signale in den Speicher wirdder Elektronenstrahl mit der Bildinformation moduliert, während er eine isolierende Speicherschicht abtastet. Auf der isolierenden Speicherschicht wird eine Ladungsverteilung, die auch als Ladungsmuster bezeichnet werden kann und dem Bild entspricht, gespeichert. Die Ladungeverteilung wird später durch Abtasten des Targets ermittelt·

Insbesondere wird durch die Erfindung eine Elektronen-trahl-Speicherröhre der eingangs genannten Art geschaffen, die sich auszelehnet durch eine Haibleiterunterlage, auf deren Ober-

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fläche ein Gitter ausgebildet ist, das mit der Halbleiterunterlage strukturell einstückig ist, bzw. damit eine Einheit bildet.

Vorzugsweise ist unter dem Begriff "strukturell einstückig" im Sinne der Erfindung die Tatsache zu verstehen, daß die Halbleiterunterlage und das.Gitter aus dem gleichen Werkstück hervorgehen, wobei jedoch vor oder nach Ausbildung des Gitters der das Gitter bildende Teil des Werkstückes einer chemischen Umwandlung, beispielsweise einer Oxydation unterworfen sein kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Speicherröhre und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Targets der Speicherröhre nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Speicherröhre 10 besitzt einen üblichen Grundaufbau. Die Merkmale, in denen sich die Erfindung vom Stand der Technik unterscheidet, betreffen das Target 11, das in Fig. 2 in näheren Einzelheiten dargestellt ist, einschließlich der Einrichtung zum Modulieren der Strahlintensität in Übereinstimmung mit einem Eingangssignal 12. Als diese letztgenannte Einrichtung dient im vorliegenden Fall die Gitter-Steuerelektrode 13» obwohl der gleiche Zweck auch durch Modulation des nicht dargestellten Bremsgitters oder der Kathodenspannung 14- verwirklicht werden kann.

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Der Elektronenstrahl 15» welcher mit der von einer entfernten Signalquelle empfangenen Bildinformation moduliert ist, wird mit entsprechenden, nicht dargestellten Mitteln derart gesteuert, daß er das Target 11 abtastet.

Wie im einzelnen aus Pig. 2 ersichtlich ist, umfaßt das Target 11 eine Unterlage, Schicht o.dgl. 20, die mit einem isolierenden Gitter 21 bedeckt ist. Die Unterlage, Schicht, o.dgl, ist vorzugsweise ein Halbleiter, auf aen eine isolierende Schicht direkt aufgetragen ist. Der Grund hierfür wird weiter unten näher erläutert.

Der modulierte Elektronenstrahl erzeugt auf der isolierenden Schicht eine Ladungsverteilung, die während vieler Sekunden und selbst über Stunden stabil sein kann, was von der geeigneten Auswahl des Materials für das als Speicherschicht wirkende isolierende Gitter 21 sowie von guten Vakuumbedingungen in der Speicherröhre abhängt. Die Ladungsverteilung wird später mit Hilfe des gleichen Elektronenstrahls, der für ihre Erzeugung benutzt worden ist, gelesen, wobei jedoch ein konstantes Kathodenpotential angewandt wird. Wenn der Lesestrahl das Gitter abtastet, dann wird die Spannung zwischen Kathode und Target (Unterlage 20) in Übereinstimmung mit der räumlichen Ladungeverteilung auf dem isolierenden Gitter bzw. der isolierenden Schicht moduliert und auf diese Weise das Bildsignal rekonstruiert.

Die in Fig. 2 gezeigte Gitteranordnung besitzt wesentliche Vorteile gegenüber den entsprechenden, in bekannten Speicherröhren verwendeten Anordnungen. Die Gitter-Speicherelemente bekannter Speicherröhren sind als typische semi-transparente Maechenstrukturen ausgebildet. Die Maschentransparenz bestimmt hierbei die zulässige Auflösung des Targets. Daher sind sehr feine Maschen erwünscht, die einer hohen Auflösung entsprechen, Jedoch läßt sich die Maschentransparenz nicht beliebig

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steigern, sie ist vielmehr duroh die Forderung nach genügender struktureller Festigkeit "bzw. Steifheit begrenzt. Denn es ist nicht zulässig, daß die Maschen infolge kleiner Stöße oder aufgrund mechanischer, beispielsweise akustischer Resonanzen, die unvermeidlich vorhanden sind, vibrieren können.

Bei der Erfindung bildet die Gitterstruktur einen integrierten Teil einer tragenden Unterlage. Das ist bei dem zugrunde liegenden Röhrenaufbau deswegen möglich, weil es bei diesem Aufbau nicht erforderlich ist, daß der G-itter-Kollektor-Aufbau transparent ist. Bei dieser Anordnung bildet die Unterlage nicht nur eine Stütze bzw. einen Träger, sondern das Gritter kann mit Hilfe von photolithographischer Technik erzeugt werden. Aufgrund dieser letzteren vorteilhaften Maßnahme läßt sich ein Gitter mit ungewöhnlich hohem Transparenzgrad und damit eine Speicherröhre ausgezeichneter Auflösung herstellen.

Photolithographische Techniken wurden besonders gut für Halbleitermaterialien, insbesondere für Silizium entwickelt. Dementsprechend umfaßt das Target bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Siliziumunterlage mit einem S1O2 -Gitter. Das Target kann in der Weise hergestellt werden, daß eine Silikonplatte zum Zwecke der Bildung einer SiO2 Schicht mit einer Dicke der Größenordnung von O,5/i durch Dampf oxydiert und das entstandene Oxyd geätzt wird, um das Gitter duroh übliche photolithographisohe Teohnik auszubilden. Auf diese Weise kann man sehr leicht Gitter mit einer Liniendichte von 98 bis 100 Linien pro mm erhalten, die eine Transparenz von 64 fi (bei 2yu Linien) besitzen. Im Vergleich hierzu haben typisohe übliohe Gitter eine Liniendichte von 39 bis 40 Linien pro mm und eine Transparenz von angenähert 53 # (bei 7 te Linien). Zum weiteren Vergleich sei

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erwähnt, daß ein erfindungsgemäßes Gitter mit ebenfalls 39 bis 40 Linien pro mm und 2 ju Linien eine !Transparenz von fast 85 # hat. Daher kann das erfindungsgemäße Speichergitter bei größerer Steifheit und besserer Wirtschaftlichkeit beträchtlich feiner ausgebildet werden.

Die übrigen Einzelheiten, die den Betrieb der Speicherröhre betreffen, sind allgemein üblicher Art. Beispielsweise sind derartige Einzelheiten in den US-Patentschriften 2 869 025 und 3 293 484 sowie 3 407 329 beschrieben.

Selbstverständlich ist die in Pig. 2 dargestellte Gitter-Geometrie nur ein Beispiel unter vielen möglichen Gitter-Geometrien. Beispielsweise ist es auch vorteilhaft, eine Anordnung kreisförmiger Fenster in die zum Aufbau des Gitters 21 dienende Schicht zu ätzen oder Öffnungen irgendwelcher anderer Gestalt und Gitterkonfiguration.

Das Ausgangssignal wird an der in Pig. 1 dargestellten Unterlage abgenommen. Die Speicherröhre kann ebenso gut in der bekannten Rückstrahl-Konfiguration arbeiten, oder das Ausgangssignal kann von einem in der Nachbarschaft des Targets angeordneten Kollektor-Maschengitter abgenommen werden.

Wie bereits vorstehend dargelegt wurde, sind die außerordentlich hohen, aufgrund der Erfindung erreichbaren Gitter-Transparenzen in wesentlichem Umfang den feinen Linienbreiten (beispielsweise 2 ja) zuzuschreiben, die sich mit Hilfe photolithographischer !Techniken erreichen lassen. Besonders gute Ergebnisse erhält man bei dem erfindungsgemäßen Gitter, wenn die Linienbreiten weniger als 5 Ai betragen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Gitter mit Liniendichten von mehr als 59 bis 60 Linien pro mm erhalten und angewandt werden können.

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Claims

Gordon, E.I. 22

Patentansprüche

η) Elektronenstrahl-Speicherröhre zur Speicherung einer elektrostatischen Ladungsverteilung auf einem isolierenden Gitter und zum Lesen bzw. Abtasten der räumlichen Ladungsverteilung auf dem Gitter aufgrund lokalisierter Durchlässigkeit des Gitters für einen Abtastelektronenstrahl, gekennzeichnet durch eine üalbleiterunterlage (20), auf deren Oberfläche ein Gitter (21) ausgebildet ist, das mit der iialbleiterunterlage strukturell einstückig ist bzw. damit eine Einheit bildet.
2. Elektronenstrahl-Speicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Gitterlinien weniger als 5 u beträgt.

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3. Elektronenstrahl-Speicherröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterteilung mehr als 59, vorzugsweise 60 und mehr Linien pro mm beträgt.
4« Elektronenstrahl-Speicherröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterunterlage (20) aus Silizium und die das Gritter (21) isolierende Schicht aus Siliziumoxyd besteht.
5. Elektronenstrahl-Speicherröhre nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinrichtung, welche den durch das Gitter (21) fließenden Elektronenstrom anzeigt.
6. Elektronenstrahl-Speicherröhre nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinrichtung, welche den durch das Gitter (21) reflektierten Blektronenstrom anzeigt.

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