DE2148465C3 - Fernsehaufnahmeröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich -iuf eine Fernsehaufnahmeröhre der »Vidikon«-Art und betrifft insbesondere deren lichtempfindlich. Speicherelektrode.

Seit kurzem werden bei Vidikon-Fernsehaufnahmeröhren an Stelle der früheren polykristallinen, lichtempfindlichen Speicherelektrode Silizium-Elek-Iroden verwendet, die dadurch geschaffen werden, daß eine Anzahl kleiner Bereiche mit liehtempfindlichem p-n-Ühergang auf einem monolithischen Siliz.itimkristalltrüger erzeugt wird, und zwar durch Dampfniederschlag von Antimon(HI)-sulfid (Sb₂S,) «der Blei(II)-oxyd (PbO) auf einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen. »Nesa« genannten und auf eine Glasplatte aufgetragenen Film. Derartige SiIi-/ium-Speicherelektroden besitzen eine bessere Beständigkeit gegen intensives Licht, mechanische Stöße und hohe Temperaturen und auch eine größere Empfindlichkeit und einen weiteren Bereich an Lichtempfindlichkeit. der sich bis zum Langwellenbcreich erstreckt, und ferner ein weniger starkes Nachziehen als diejenigen Vidikon-Röhrcn. bei denen die früheren polykristallinen und durch Dampfniederschlagung erzeugten Speicherelektrode!) verwendet wurden. Alflerdings sind sie sehr empfindlich gegen Wärmeschocks und chemisch nicht sehr stabil, und ihr Zusammenbau ist daher relativ erschwert.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Verbesserung nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen.

Da die Silizium-Speicherelektrode gemäß der Erfindung eine Überzugsschicht aus Bleiglas hat. die chemisch, thermisch und mechanisch haltbar und stabil ist, ist auch die Vidikon-Röhrc äußerst dauerhaft und stabil. Außerdem ist das Herstellungsverfahren dadurch sehr vereinfacht, daß während der Herstellung keine genaue Atmosphärenstcuerung nötig ist.

Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sieh aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, in der nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher erläutert wird.

Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch eine Vidikon-Fernsehaufnahmeröhre mit einer Silizium-Speicherelektrode und der zugehörigen Schaltungsanordnung;

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten seitlichen Schnitt durch einen Teil der bekannten Silizium-Speicherelektrode;

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten seitlichen Schnitt durch einen Teil einer Silizium-Speicherelektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 a bis 4 c sind vergrößerte seitliche Schnittansichten eines Teils der erfindungsgemäßen Siliz.ium-Speicherelektrode und zeigen die Herstellungsstufen der in Fig. 3 gezeigten Siliz.ium-Speicherelektrode.

In den Zeichnungen sind die Teile nicht dimensionsgerecht dargestellt, sondern zum le^;chferen Verständnis des Aufbaus in abgewandelter Form.

Ein Beispiel der obenerwähnten Vidikon-Femsehaufnahmeröhre mit einer Silizium-Speicherelektrode ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Aus diesen Figuren geht hervor, daß in einer Vakuumrohre 1 aus Glas eine Silizium-Speicherclekirode 2 in der Nähe des vorderen Endes und eine Kathode 3 in der Nähe des hinleren Endes vorgesehen sind. Zwischen der Kathode 3 und der Speicherelektrode 2 sind ein erstes Gitter 4. ein zweites Cutter 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 Speicherelektrode 2. Vertikal- und Horizontalablcnkspulen 9 und 9' zum vertikalen und horizontalen Ablenken des gebündelten Elektronenstrahls gegenüber der Speicherelektrode 2 und einer Ausrichtspule 10 zum Ausgleich des Ablenkweges des Elektronenstrahls umgehen. Ein Einga.-sgslichtbild wird durch eine eine Linse 11 umfassende Optik an der Vorderseite der Speicherelektrode 2 fokussiert. Die SiIizium-Speicherelektrode 2 umfaßt einen monolithischen Siliziumträger 21 von η-Leitfähigkeit. Ein Sili/iumoxydfilm 22 mit einer Anzahl kleiner Löcher mit einem Durchmesser von 5 bis I 1 //, die gleichmaßig über die Filmfläche mit einem Abstand von 1 2 bis 20 μ zwischeneinander verteilt sind, ist an der Rückseite des Siliziumträgers 21 vorgesehen. In kleine Bereiche der Trägerfläche, die durch diese kleinen Locher im Oxydfilm 22 freigelegt sind, ist eine Ak>.eptorverunreinigung. beispielsweise Bor (B). derartig eindiffundiert, daß sie eine Tiefe von I bis 3 μ erreicht und p-Bcrciche 23 bildet, die durch einen p-n-Übergang von dem η-Träger getrennt sind. Die Oberfläche des Oxydfilms 22 und Hie der p-Bereiche 23 ist durch einen halbisolierenden Film 24 überdeckt, der eine spezifische Leitfähigkeit von K)" bis K)¹' Ohmzentimeter hat. An der Vorderseite des Trägers 21 ebenso wie im Umfangsbereich desselben ist eine flach-diffundierte Schicht 25 von η'-Leitfähigkeit dadurch vorgesehen, daß eine Donorverunreinigung, beispielsweise Phosphor (P). bis in eine Tiefe von 0.1 bis 0.5 /1 eindiffundiert ist. Ein Ohmschcr Kontakt 26 zur Entnahme eines Stromsignals von der Speicherelektrode ist im Umfangsbereich des Trägers 21 vorgesehen. Die oben beschriebene Vidikon-Röhrc mil einer bekannten Silizium-Speicherelcktrodc 2 arbei-

25 e

3^f|

let wie folgt:

An den Träger 21 wird ein positives elektrisches Potential angelegt und der Strahl (langsamer Elektronenstrahl) wird so abgelenkt, daß die Rückseite der Speicherelektrode abgetastet wird. Durch den abtastenden Elektronenstrahl im Dunkeln wird das Potential in den p-Bereichen 23 nahezu dem Potential der Kathode 3 angeglichen, und dementsprechend werden die p-n-Übergänge in Sperrichtung vorgespannt, so daß sich an jedem Übergang Elektronenladung an- »° sammelt. Wenn Eingangslicht auf die Vorderflächc des Trägers 21 fällt, werden in der Nähe jedes p-n-Üb^rgangsbereichs 23 in dem Träger 21 positive Löcher i'nd Elektronen in derartiger Weise erzeugt, daß die Menge der Löcher u.id Elektronen der Intensität <5 des einfallenden Lichts in jedem Bereich proportional ist. Derartige positive Löcher diffundieren in Richtung z.ur 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 photoelektrische Strom hauptsächlich von Minoritätsträgern, d. h. im Träger erzeugten positiven Löchern ab.

Bei einer derartigen Silizium-Speicherelektrode 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 Maßnahmt-η getroffen worden, den Träger außerordentlich dünn auszubilden und eine Schicht aus η ' -Leitfähigkeit 35 an der Licht empfangenden Fläche des Trägers 21 vorzusehen, so daß ein elektrisches Feld zwischen der 11 -Schicht 35 und der Übergangsfläche entsteht, um positive Locher in die Übergangsfläche zu absorbieren.

Bei die. :r bekannten Silizium-Speicherelektrode 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 hai. sammeln sich Elektronenladungen an der Oberflache des Films und lolglich können die Elektronen von der Kathode 3 nicht auftreffen, was zu einem nachteiligen »fading« des Bildes im Bildsignal der Fernsehaufnahmeröhre führt. Die Erscheinung des -fading« ist durch Anordnung des halbisolierenden Films 24 auf dem Oxydfilm nahezu vollkommen ausgeschal- ;> <> let worden.

Bisher wurde dieser halbisolierende Film durch Dampf niederschlagen hochreiner Halbleiter wie Galliumarsenid (GaAs). Cadmiumchalkogenide (CdS. CdSe oder CdTc) oder Antimonchalkogenide (Sb,S,. .->r> Sb₁Sc; oder Sb₁Ic₁) in einer Stärke von 0.1 bis n.."i /1 erzeugt. Da ein solcher im Damp!niederschlage erfahren geschaffener Film aus halbisolierenden Zusammensetzungen außerordentlich dünn ist. ist er nicht beständig gegen thermische Schocks und hat ft» auch keine chemische Widerstandsfähigkeit, so daß das Zusammenbauen von Fcrsehaufnahmeröhren. in denen derartige Spciehcrelcktrodcn verwendet sind, übermäßig genaue Kontrollen erfordert.

Wie hingegen F i g. 3 zeigt, umfaßt eine verbesserte Silizium-Speicherelektrode gemäß der Erfindung einen monolithischen Siliziumtriiger 31 von n-Leitfähiükcit. dessen spezifischer Widersland auf 5 bis 10

40

45 Ohm/.eiitimeler eingestellt ist. Ein Film aus Siliziumdioxyd 34/1 mit einer Anzahl kleiner Locher mit einem Durchmesser von 5 his 11 μ und einer Verteilung von 12 bis 20 μ Abstand untereinander über die FiImfläche ist an der Rückseite des Siliziumträgers 31 vorgesehen. In den Bereichen des Trägers 31, die durch die kleinen Löcher des Oxydfilms 34/1 freigelegt sind, ist in gleichmäßiger Verteilung über die Fläche hinweg eine Anzahl von Bereichen 33 geschaffen, in die Bar mit einer Tiefe von 1 bis 3 μ und einer Borkonzentration an der Oberfläche von 3 X K)³" Atome/cm¹ eindiffundiert ist. Mindestens die Oberfläche des Siliziumdioxydfilms 34/1 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 ir. einer Stärke von 0,1 bis 0,5 μ überdeckt sein. Wenn die Filmstärke weniger als 0.1 // 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 μ beträgt, wird _u;e Bildauflösung der Fernsehaufnahmeröhre zu gering. /i.n der Vorderseite des Trägers 31. d. h. an der Licht empfangenden FIahe der Silizium-Speicherelektrode, ist eine dünne Schicht 35 von η "-Leitfähigkeit durch Eindiffundieren von Phosphor in den Träger ausgebildet. Ein Um fangsbercich des leitfähigen Films 35 ist mit einer ohmschcn Metallschicht 36 zur Abnahme des Signal-Stroms versehen.

Die Blei-Glasschicht 34B. die den Siliziumdioxulfilm 34/1 überdeckt, sollte einen spezifischen Widerstand von 10^M bis IO'^: Ohmzentimeter haben, um als halhisolierender Film zu dienen und die obenerwähnte unerwünschte Ansammlung elektrischer Ladungen zu vermeiden. Blei(II)-oxyd-Filme 34£. die die p-n-Übergangsbereiche 33 überdecken, dienen zum chemischen Schutz der diffundierten Bereiche 33 gegen eine Verschmutzung der Oberflächen in diesen Bereiehe η 33. Allerdings sollten die Blei(II)-oxyd-Filme 34/U über den diffundierten Bereichen 33 nicht starker als 0.5 μ sein, um ein fließen elektrischen Stroms durch den Film 34E zu erlauben.

Im Zusammenhang mit Fig. 4 wird ein Beispiel zui Herstellung der erfindungsgemäßen Siiizium-Spcscherelektfode näher erläutert. F ig. 4 a bis 4c siiul seitliche Schnitte durch die Speicherelektrode in \ei schiedenen 1 lcrstcllungsstufcn.

In Fig. 4 a ist ein Siliziumdioxyd-Film 34/i w\ einer Stärke von etwa I).¹' /( mit einer Anzahl kleiner Lochei 34i' mit einem Durchmesser von 5 bis I I μ. die in Abstünden von 12 bis 20 μ voneinander verleih sind, an der Rückseite, d. h. der Kleklroncnstrahlempfangsflächedjs monolithischen SiIi. lumträgcrs 31 von n-l.eilfähigkcil und spezifischem Widcrstandsweri von 5 bis 1.') Ohm/enlimeter vorgesehen. Dann wird Bor als Akzeptorverunreinigung durch die kleinen Locher 34C auf die freigelegte Oberfläche des I rivets 31 derartig diffundiert, dall p-Iicrcidic gebildet wer den. d. h. p-n-Übcrgangsbereiche 33 mit einer Borkonzentration von etwa 3 x 10 " Atonfe/cnr an der Oberfläche und einer Tiefe von 1.0 bis 2,0 μ. Dieses Diffundieren *;ann durch ein gleichzeitiges Dampfniedcrschlags-Difnisiotri-Verfahren erfolgen, bei dem das Dampfniederschlagen von Bor auf die freigelegte Oberfläche des Trägers 31 und das Diffundieren des niedergeschlagenen Bors in den Träger 31 gleichzeitig in einem Schrill erfolgen. An der Vorderseite, d. h.

in der Licht empfangenden Fläche des Trägers 31. ivird die Schicht 35 von η'-Leitfähigkeit in einer Stärke von 0,1 bis 0,5 μ dadurch geschaffen. daß Phosphor in den Träger 31 eindiffundiert wird.

Anschließend wird metallenes Blei (Pb) gleichmäßig im Dampfnicderschlagsvcrfahrcn auf die Rückseite des Trägers aufgebracht, um einen dünnen Blcifitm 37 zu bilden, wie in Fig. 4b gezeigt. Dann wird der Träger auf eine Temperatur von 450 bis (i50 C in oxydierender Atmosphäre, beispielsweise in Sauerstoff, einige 10 Minuten lang erhitzt, so daß der niedergeschlagene Bleifilm (Pb) oxydiert wird und den dünnen Film 37 aus Blei(II)-oxyd bildet. Das dabei entstehende Blei(II)-oxyd wird weiter mit dem Oberflächenteil des Siliziumdioxyd-Films 34/4 umgesetzt und bildet eine dünne Schicht aus Blei-Silicat-Glas. d. h. Blei-Glas. Dieser Film überdeckt den Siliziumdioxyd-Film 34/4. Der die p-n-Übergangsberciche 33 bedeckende Blei(lI)-oxyd-Film bildet zur gleichen Zeit Bleiglas; aber dessen Stärke ist weniger als 0,2 μ, d. h. er ist ebenso dünn oder dünner als der Bleiglasfilm auf dem Siliziumdioxyd-Film.

Anstatt metallenes Blei (Pb) im Dampfniederschlagsverfahren zu verwenden, kann auch Blei(II)-oxyd (PbO) an sich im Dampfniederschlagsverfahren verwendet werden.

Nach der obenerwähnten Wärmebehandlung noch übriges, überschüssiges Blei(II)-oxyd wird dann dadurch entfernt, daß die Sili/ium-Spcichcrelektrode in verdünnter Essigsäure (20 bis 30'f) etwa I Minute lang bei Zimmertemperatur gewaschen wird. Dann bleibt im wesentlichen kein BIei(lI)-oxyd auf dem Träger 31 zurück, wieFig. 4czeigt.in der die Blei-Silicat■ Glasschicht 34H den Siliziumdioxyd-Film 34/1 bedeckt und Blei-Silicat-Glasfilme 34E die p-n-Übergangsbcrciche 33 bedecken.

Da die Bleiglasschicht 34Ii so geschaffen ist. daß sie. wie oben erwähnt, einen spezifischen Widerstand

ίο von 10" bis IO'^: Ohmzentimeter hat, führt die Blei-Glasschicht 34 Ii die auf der Fläche des Siliziumdioxyd-Films 34/1 landenden Elektronen so. daß sie die benachbarten p-n-Übcrgangsbereiche 33 erreichen. Infolgedessen ist eine unvorteilhafte Ladungsan-

'5 Sammlung auf dem Siliziumdioxyd-Film 34/4 vermieden, wodurch die Erscheinung des »fading« ausgeschaltet ist.

Obwohl jeder Bleiglasfilm 34E auf jedem p-Bereich 33 einen Reihenwiderstand zwischen dem Elektronenstrahl und jedem p-Bcreich 33 bildet, ist der wirksame Widerstand praktisch so klein, daß er die Ladung mit Elektronen im p-n-Übcrgang nicht behindert, vorausgesetzt, daß der Film 34E höchstens eine Stärke von 0.5 μ hat.

Gemäß einer Altcrnativlösung kann auch der Bleiglasfilm 34E auf den p-n-Übcrgangsbereichen 33 entfernt werden, um außerordentlich kleine Reihenwiderstände zwischen dem Elektronenstrahl und den p-Bereichcn zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Speicherelektrode für eine Fernsehaufnahineröhre, bestehend aus einem monolithischen Siliziumtrager und einem Siliziumdioxyd-Film, der mit Ausnahme einer Anzahl kleiner, gleichmäßig verteilter p-n-Übergangsbereiche die Trägerrückieite bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Siliziumdioxyd-Film (34/1) mit einer Schicht (34B) aus Bleiglas bedeckt ist.

2. Speicherelektrode nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auih die p-n-Übergangsbereiche (33) mit Schichten (34£) aus Bleiglas bedeckt sind.

3. Speicherelektrode nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß auf der ßelichtungsseite des Trägers (31) eine Schicht (35) von n ⁺ Leitfähigkeit vorgesehen ist.

4. Speicherelektrode nach Anspruch !. 2 oder *°

3. dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Bleiglases zwischen 10" und K)¹' Ohmzentimeter liegt.

5. Speicherelektrode nach Anspruch 2, 3 oder

4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (34£) aus Bleiglas, die die p-n-Übergangsbereiche(33) bedecken, mindestens (1.1 // stark sind.