DE2148465A1 - Bildaufnahmeroehre - Google Patents

Bildaufnahmeroehre

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DE2148465A1 DE19712148465 DE2148465A DE2148465A1 DE 2148465 A1 DE2148465 A1 DE 2148465A1 DE 19712148465 DE19712148465 DE 19712148465 DE 2148465 A DE2148465 A DE 2148465A DE 2148465 A1 DE2148465 A1 DE 2148465A1
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Description

Matsushita Electronics Corporation, Kadoma, Osaka/Japan "Bildaufnahmeröhre"
Priorität : 29. September 197o / Japan Anmelde-Nr. : 45-86o2o (86o2o/197o)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmeröhre der "Vidikon"-Art und betrifft insbesondere deren lichtempfindliche Fangelektrode oder Speicherplatte.
Seit kurzem werden bei Vidikon-Bildaufnahmeröhren anstelle der früheren polykristallinen, lichtempflindlichen Fangelektrode Silicium-Fangelektroden verwendet, die dadurch geschaffen werden, daß eine Anzahl kleiner Bereiche mit lichtempfindlichem p-n-übergang auf einem monolithischen Siliciumkristallträger erzeugt wird, und zwar durch Dampfniederschlag von Antimon(III)-sulfid (Sb3S3) oder Blei(Il)-oxyd (PbO) auf einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen, "Nesa" genannten und auf eine Glasplatte aufgetragenen Film. Derartige Silicium-Fangelektroden besitzen eine bessere Beständigkeit gegen inten-
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sives Licht, mechanische Stöße und hohe Temperaturen und auch eine größere Empfindlichkeit und einem weiteren Bereich an Lichtempfindlichkeit, der sich bis zum Langwellenbereich erstreckt, und ferner ein weniger starkes Nachziehen als diejenigen Vidikon-RÖhren, bei denen die früheren polykristallinen und durch Dampfniederschlagung erzeugten Fangelektroden verwendet wurden. Allerdings sind sie sehr empfindlich gegen Wärmeschocks und chemisch nicht sehrstabil und ihr Zusammenbau ist daher relativ erschwert.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Verbesserung nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen.
Da die Silicium-Fangelektrode gemäß der Erfindung eine Überzugsschicht aus Bleiglas hat, die chemisch, thermisch und mechanisch haltbar und stabil ist, ist auch die Vidikon-Röhre äußerst dauerhaft und stabil. Außerdem ist das Herstellungsverfahren dadurch sehr vereinfacht, daß während der Herstellung keine genaue Atmosphärensteuerung nötig ist.
Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen und der Beschreibung in der nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher erläutert wird.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vidikon-Bildaufnahmeröhre mit einer Silicium-Fangelektrode und der zugehörigen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten seitlichen Schnitt durch einen Teil der bekannten Silicium-Fangelektrode;
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten seitlichen Schnitt durch einen Teil einer Silicium-Fangelektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 4a bis 4c sind vergrößerte seitliche Schnittansichten eines Teils der erfindungsgemäßen Silicium-Fangelektrode und zeigen die Herstellungsstufen der in Fig. 3 gezeigten Silicium-Fangelektrode .
In den Zeichnungen sind die Teile nicht dimensionsgerecht dargestellt, sondern zum leichteren Verständnis des Aufhaus in abgewandelter Form.
Ein Beispiel der oben erwähnten Vidikon-Bildaufnahmeröhre mit einer Silicium-Fangelektrode ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Aus diesen Figuren geht hervor, daß in einer Vakuumröhre 1 aus Glas eine Silicium-Fangelektrode 2 in der Nähe des vorderen Endes und eine Kathode 3 in der Nähe des hinteren Endes vorgesehen sind. Zwischen der Kathode 3 und der Fangelek-strode 2 sind ein erstes Gitter 4, ein zweites Gitter 5, ein drittes Gitter 6 und ein viertes Gitter 7 angeordnet, die gemeinsam mit der Kathode 3 eine Elektronenquelle bilden. Die Vakuumröhre 1 ist von einer Fokussierspule 8 zum Bündeln des Elektronenstrahls an der rückwärtigen Fläche der Fangelektrode 2, Vertikal- und Horizontalablenkspulen 9 und 9' zum vertikalen und horizontalen Ablenken des gebündelten Elektronenstrahls V der Jrangelektrode 2 und einer Ausrichtspule 10 zum Ausgleich des Ablenkweges des Elektronenstrahls umgeben. Ein Eingangslichtbild wird durch eine eine Linse 11 umfassende Optik an der Vorderseite der Fangelektrode 2 fokussiert. Die Silicium-Fangelektrode 2 umfaßt einen monolithischen Siliciumträger 21 von η-Leitfähigkeit. Ein Siliciumoxydfilm 22 mit einer Anzahl kleiner Löcher mit einem Durchmesser von 5 bis 11/U, die gleichmäßig über die Filmfläche mit einem Abstand von 12 bis 20/U zwischeneinander verteilt sind, ist an der
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Rückseite des Siliciumträgers 21 vorgesehen. In kleine Bereiche der Trägerfläche, die durch diese kleinen Löcher im Oxydfilm 22 freigelegt sind, ist eine Akzeptorverunreinigung, beispielsweise Bor (B), derartig eindiffundiert, daß sie eine Tiefe von 1 bis 3/U erreicht und p-Bereiche 23 bildet, die durch einen p-n-Übergang von dem η-Träger getrennt sind. Die Oberfläche des Oxydfilms 22 und die der p-Bereiche 23 ist durch einen halbisolierenden PiIm 24 überdeckt, der eine spe-
8 12 zifische Leitfähigkeit von 10 bis 10 Ohmzentimeter hat. An der Vorderseite des Trägers 21 ebenso wie im Umfangsbereich desselben ist eine flach-diffundierte Schicht 25 von ^-Leitfähigkeit dadurch vorgesehen, daß eine Donorverunreinigung, beispielsweise Phosphor (P), bis in eine Tiefe von 0,1 bis 0,5/U eindiffundiert ist. Ein Ohm'scher Kontakt 26 zur Entnahme eines Stromsignals von der Fangelektrode ist im Umfangsbereich des Trägers 21 vorgesehen. Die«oben beschriebene Yidikon-Röhre mit einer bekannten. Silicium-Pangelektrode 2 arbeitet wie folgt:
An den Träger 21 wird ein positives elektrisches Potential angelegt und der Strahl langsamer Elektronenstrahl wird so abgelenkt, daß die Rückseite der Pangelektrode abgetastet wird. Durch den abtastenden Elektronenstrahl im Dunkeln wird das
Potential in den p-Bereiehen 23 nahezu dem -Potential der . -
Kathode 3 angeglichen, und dementsprechend werden die p-n-Ubergänge in Sperrichtung vorgespannt, so daß sich an jedem Obergang Elektronenladung ansammelt. Wenn Eingangslicht auf die Vorderfläche des Trägers 21 fällt, werden in der Nähe Jedes p-n-Übergangsbereichs 23 in dem Träger 21 positive Löcher und Elektronen in derartiger Weise erzeugt, daß die Menge der Löcher. und Elektronen der Intensität des einfallenden Lichts in jedem Bereich proportional ist. Derartige positive Löcher diffundieren in Richtung zur Übergangsfläche und verursachen, daß die an den Übergangsstellen angesammelten Elektronenladungen sich entladen. Da das einfallende Licht im Träger 21 nahezu absorbiert wird, hängt der durch die Entladung erzeugte photo-
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elektrische Strom hauptsächlich von Minoritatsträgem, d.h. im träger erzeugten positiven Löchern ab.
Bei einer derartigen Silicium-Pangelektrode 2 besteht die Tendenz, daß Minoritätsträger, d.h. positive Löcher, durch Rekombination an der Oberfläche oder in der Masse auf dem Wege zum p-n-Übergang geringer werden, wodurch die Empfindlichkeit verschlechtert wird. Um einen solchen Verlust an Empfindlichkeit zu vermeiden, sind bereits Maßnahmen getroffen worden, den Träger außerordentlich dünn auszubilden und eine Schicht aus n+-Leitfähigkeit 35 an der Licht empfangenden Fläche des Trägers 21 vorzusehen, so daß ein elektrisches Feld zwischen der n+-Schicht 35 und der Übergangsfleche entsteht, um positive Löcher in die Übergangsfläche zu absorbieren.
Bei dieser bekannten Silicium-Fangelektrode wurde der Oxydfilm 22 vorgesehen, um ein unmittelbares Auftreffen des - · Elektronenstrahls auf den n-Träger 21 zu verhindern. Wenn dieser Oxydfilm 22 jedoch einen zu hohen spezifischen Widerstand hat, sammeln sich Elektronenladungen an der Oberfläche des Films, und folglich können die Elektronen von der Kathode 3 nicht auf treffen ,was zu einem nachteiligen "fading" des Bildes im Bildsignal der Bildaufnahmeröhre führt. Die Erscheinung des "fading" ist durch Anordnung des halbisolierenden Films auf dem Oxydfilm nahezu vollkommen ausgeschaltet worden.
Bisher wurde dieser halbisolierende Film durch
Dampfniederschlagen hochreiner Halbleiter wie Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumchalkogenide (CdS, CdSe oder CdTe) oder Antimonchalkogenide (SbpS,, SbpSe, oder SbgTe*) in einer Stärke von 0,1 bis 0,3/U erzeugt. Da ein solcher im Dampfniederschlagsverfahren geschaffener Film aus halbisolierenden Zusammensetzungen außerordentlich dünn ist, ist er nicht beständig gegen thermische Schocks und hat auch keine chemische Widerstandsfähigkeit, so daß das Zusammenbauen von Bildaufnahmeröhren,
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in denen derartige Fangelektroden verwendet sind, übermäßig genaue Kontrollen erfordert.
Wie hingegen Fig.. 3 zeigt, umfaßt eine verbesserte Silicium-Fangelektrode gemäß der Erfindung einen monolithischen Siliciumträger 31 von n-leitfähigkeit, dessen spezifischer Widerstand auf 5 bis 10 Ohmzentimeter eingestellt ist. Ein .PilIϊL-aus-■-Si-Ii■eiΐ^ffid±-exyd-~54-Ä--iaxt---e■ine2?--^azahl.. kleiner Löcher mit einem Durchmesser von 5 bis 11/u und einer Verteilung von 12 bis 20/U Abstand untereinander über die Filmflache ist an der Rückseite des Siliciumträgers 31 vorgesehen. In den Bereichen des trägers 31, die durch die kleinen Löcher des Oxydfilms 34A freigelegt sind, ist in gleichmäßiger Verteilung über die Fläche hinweg eine Anzahl von Bereichen 33 geschaffen, in die Bor mit einer Tiefe von 1 bis 3/U und einer Borkonzentration an der Oberfläche von 3 χ 10 Atome/cm eindiffundiert ist. Mindestens die Oberfläche des Siliciumdioxydfilms 34A ist von einem dünnen Film 34B aus Blei-Silicat-Glas überzogen, nämlich einem dünnen Film aus Blei(Pb)-Glas. Die diffundierten Bereiche 33 des p-Typs können auch jeweils durch dünne· Glasfilme wie erwähnt in einer Stärke von 0,1 bis 10,5/U überdeckt sein. Wenn die Filmstärke weniger als 0,1 /U beträgt, ist es schwierig, das fading zufriedenstellend zu vermeiden, da das Fließen elektrischen Stroms stark behindert ist. Wenn andererseits die Filmstärke mehr als 0,5/u beträgt, wird die Bildauflösung der Bildaufnahmeröhre zu gering. An. der Vorderseite des Trägers 31, d.h. an der Licht empfangenden Fläche der Silicium-Fangelektrode, ist eine dünne Schicht 35 von n+-Leitfähigfce±t durch Eindiffundieren von Phosphor "in den Träger ausgebildet. Ein Umfangsbereich des leitfähigen Films 35 ist mit einer ohm1 sehen Metallschicht 36 zur Abnahme des Slghalstroros versehen.
Die Blei-Glasschicht 34B, die den Siliciumdioxydfilm 34A überdeckt, sollte einen spezifischen Widerstand von
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10 "bis 10 Ohmzentimeter haben, tun als halbisolierender Film zu dienen und die oben erwähnte unerwünschte Ansammlung elektrischer Ladungen zu vermeiden. Blei(lI)-oxyd-Filme 34E, die die p-n-Übergangsbereiche 33 überdecken, dienen zum chemischen Schutz der diffundierten Bereiche 33 gegen eine Verschmutzung der Oberflächen in diesen Bereichen 33. Allerdings sollten die Blei(II)-oxyd-Filme 34E über den diffundierten Bereichen 33. nicht -stärker als-X5,5yU sein, um ein Fließen elektrischen Stroms durch den .Film 34E zu erlauben.
Im Zusammenhang mit Fig. 4 wird ein Beispiel zur Herstellung der erfindungsgemäßen Silicium-Fangelektrode näher erläutert. Fig. 4a bis 4c sind seitliche Schnitte durch die Fangelektrode in verschiedenen Herstellungsstufen.
In Fig. 4a ist ein Siliciumdioxid-Film 34A in einer Stärke von etwa 0,9/U mit einer Anzahl kleiner Löcher 34C mit einem Durchmesser von 5 bis 11/U, die in Abständen von 12, bis 20/U voneinander verteilt sind, an der Rückseite, d.h. der Elektronenstrahlempfangsfläche des monolithischen Siliciumträgers 31 von η-Leitfähigkeit und spezifischem Widerstandswert von 5 bis 10 Ohmzentimeter vorgesehen. Dann wird Bor - als Akzeptorverunreinigung durch die -kleinen Löcher 34C auf die freigelegte Oberfläche des Trägers 31 derartig diffundiert, daß p-Bereiche gebildet werden, d.h. p-n-Übergangsbe-
20 reiche 33 mit einer Borkonzentration von ca. 3 x 10 Atome/cm an der Oberfläche und einer Tiefe von 1,0 bis 2,0/u. Dieses Diffundieren kann durch ein gleichzeitiges Dampfniederschlags-Diffusions-Yerfahren erfolgen, bei dem das Dampfniederschlagen von Bor auf die freigelegte Oberfläche des Trägers J51 -und das Diffundieren des niedergeschlagenen Bors in den Träger 31 gleichzeitig*in einem Schritt erfolgen. An der Vorderseite, d.h., an der Licht empfangenden Fläche des Trägers 31, wird die Schicht 35 von n+-Leitfähigkeit in einer Stärke von 0,1 bis 0,5 yu dadurch geschaffen, daß Phosphor in den Träger 31 eindiffundiert wird.
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— 8 _.
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Anschließend wird metallenes Blei (Pb) gleichmäßig im Dampfniederschlagsverfahren auf die Rückseite des Trägers aufgebracht, um einen dünnen Bleifilm 37 zu bilden, wie in Fig. 4b gezeigt. Dann wird der Träger auf eine Temperatur von 450 bis 65O0C in oxydierender Atmosphäre, beispielsweise in Sauerstoff, einige 10 Minuten lang erhitzt, so daß der niedergeschlagene Bleifilm (Pb) oxydiert wird und den dünnen,Film aus Blei(ll)-oxyd bildet. Das dabei entstehende Blei(ll)-oxyd wird weiter mit dem Oberflächenteil des Siliciumdioxyd-Films 34A umgesetzt und bildet eine dünne Schicht aus Blei-Silicat-Glas, d.h. Blei-Glas. Dieser Film überdeckt den Siliciumdioxyd-FiIm 34A. Der die .p-n-Übergangsbereiche 33 bedeckende Blei(ll)-oxyd-Film bildet zur- .gleichen Zeit Bleiglas; aber dessen Stärke ist weniger als 0,2 /u, deh. er ist ebenso dünn oder dünner als der Bleiglasfilm auf dem Siliciumdioxyd-Film.
■-'■■'" ■■·■-"-·· Anstatt metallenes Blei (Pb) im Dampfniederschlagsverfahren zu verwenden, kann auch Blei(ll)-oxyd (PbO) an sich im Dampfniederschlagsverfahren verwendet werden.
Nach der oben erwähnten Wärmebehandlung noch übriges, überschüssiges Blei(ll)-oxyd wird dann dadurch entfernt, daß die Silicium-Fangelektrode in verdünnter Essigsäure (20 bis 30$) etwa 1 Minute lang bei Zimmertemperatur gewaschen wird. ----Dann bleibt im wesentlichen kein Blei(ll)-oxyd auf dem Träger 31 zurück, wie Fig. 4c zeigt, in der die Blei-Silicat-Glas- ■· · schicht 34B den Siliciumdioxyd-Film 34A bedeckt und Blei-Silicat-Glasfilme 34E die p-n-Übergangsbereiche 33 bedecken.
Da die Bleiglasschicht 34B so geschaffen ist, daß sie, wie oben erwähnt, einen spezifischen Widerstand von .- _ 108 bis 1012 Ohmzentimeter hat, führt die Blei-Glasschicht 34B die auf der Fläche des Siliciumdioxyd-Films 34A landenden Elektronen so, daß sie die benachbarten p-n-Übergangsbereiche 33 erreichen. Infolgedessen ist eine unvorteilhafte Ladungs-
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ansammlung auf dem Siliciumdioxyd-Film 34A vermieden, wodurch die Erscheinung des fading ausgeschaltet ist.
Obwohl jeder Bleiglassfilm 34E auf jedem p-Bereich 33 einen Heihenwiderstand zwischen dem Elektronenstrahl und jedem p-Bereich 33 bildet, ist der wirksame Widerstand praktisch so klein, daß er die Ladung mit Elektronen im p-n-Übergang nicht behindert, vorausgesetzt, daß der Film 34E höchstens eine Stärke von 0,5/U hat.
Gemäß einer Alternativlösung kann auch der Bleiglasfilm 34B auf den p-n-Übergangsbereichen 33 entfernt werden, um außerordentlich kleine Reihenwiderstände zv/isclien dem Elektronenstrahl und den p-Bereichen zu erzielen.
- Ansprüche -
- 10 209814/1116

Claims (5)

  1. 2U8465
    - Io -
    Ansprüche
    Speicherplatte für eine Bildaufnahmeröhre bestehend aus einem monolithischen Siliciumträger und einem Siliciumdioxyd-Film, der mit Ausnahme einer Anzahl kleiner, gleichmäßig verteilter p-n-übergangsbereiche die Trägerrückseite bedeckt, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens der Siliciumdioxyd-Film (34A) mit einer Schicht (34B) aus Bleiglas bedeckt ist,
  2. 2. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auch die p-n-übergangsbereiche (33) mit Schichten (34E) aus Bleiglas bedeckt sind.
  3. 3. Speicherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Belichtungsseite des Trägers (31) eine Schicht (35) von η -Leitfähigkeit vorgesehen ist.
  4. 4. Speicherplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand des Blei-
    8 12
    glases zwischen Io und Io Ohmzentimeter liegt.
  5. 5. Speicherplatte nach Anspruch 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schichten (34E) aus Bleiglas, die die p-n-übergangsbereiche (33) bedecken, mindestens o,IyU stark sind.
    2098U/1116
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