DE2250184A1

DE2250184A1 - Optisches relais, das ein photoleitendes element enthaelt

Info

Publication number: DE2250184A1
Application number: DE2250184A
Authority: DE
Inventors: Michel Grenot; Jean Pergrale
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1973-05-03
Also published as: DE2250184B2; GB1388667A; CA987773A; FR2157060A6; JPS5494058A; DE2250184C3; US3769512A; JPS4847783A

Description

Optisches Relais, das ein photoleitendes Element enthält. (Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 21 34 875.4))

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Relais und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Relais mit einer eine photoleitende Schicht enthaltenden Struktur, Sie umfasst die Verfahren zur Herstellung einer Anzahl der das Relais bildenden Schichten, insbesondere der photoleitenden Schicht.

In der Patentanmeldung P 2t 34 875.4 ist eine Relaisstruktur beschrieben, in der die Platte aus elekt.rooptischem Material auf der Bildv/iedergabeseite mit einer Iieihonfolp;e unterschiedlicher aufeinander liegender Schichten versehen ist, und zwar in der Reihenordnung! ein dielektrischer MehrujhLchtspiegel, eine photoloitonde Schicht und eine leitende 1 icht'lurchläsaiß;e Schicht, Die sich bei der Herstellung

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dieser Schichten ergebenden technischen Probleme sind darauf zurückzuführen, dass jede der Schichten gleichzeitig besondere mechanische, chemische und physikalische und namentlich elektrische und optische Eigenschaften aufweisen muss, von denen einige mit der Funktion der genannten Schichten in dem Relais und die anderen mit dem Vorhandensein der benachbarten Elemente im Zusammenhang stehen.

Die photoleitende Schicht muss ihrerseits einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen, insbesondere parallel zu dem dielektrischen Spiegel und zu der Platte aus elektrooptischen! Material, damit die Ladungsübertragung in der photoleitenden Schicht nicht in anderen Richtungen als der des an das aus der Platte und der photoleitenden Schicht bestehende Gebilde angelegten elektrischen Feldes stattfinden.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient dieser photoleitenden Schicht muss dem der Platte aus elektrooptischen! Material ziemlich nahe liegen. Im entgegengesetzten Falle würden tatsächlich mechanische Spannungen in den unterschiedlichen die Auftreffplatte des Relais bildenden Schichten auftreten, die das Ablösen oder den Bruch dieser Schichten bewirken würden.

Die Vergrösserung der Photoleitung der Schicht muss noch genügend sein, um unter der Einwirkung der Photonen die Potentialänderung zu erhalten, die für die Aenderung der Doppelbrechung des elektrooptischen Materials notwendig ist. Ausserdem ist es wichtig, dass die Lichtempfindlichkeit selektiv ist, d.h., dass die Vergrösserung der Photoleitung sich in genügendem Masse mit der Wellenlänge dos anregenden Lichtes

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ändert. Tatsächlich könnte bei fehlender Selektivität das Ladungsbild beim Auslesen des Bildes, das mit Hilfe eines Lichtstrahls erfolgt, der zum grössten Teil von dem dielektrischen Spiegel reflektiert wird, aber von dem ein Teil trotzdem von diesem Spiegel durchgelassen wird, gestört werden; wenn dagegen der photoleitende Effekt selektiv ist, kann zum Auslesen des Bildes ein Lichtstrahl gewählt werden, dessen Sp.elctrum sich von dem des zur Bildung des Ladungsbildes verwendeten Lichtstrahls unterscheidet, derart, dass das Bild beim Auslesen nicht gestört wird.

Die leitende lichtdurchlässige Schicht muss ihrerseits die folgenden Eigenschaften aufweisen:

- eine gute elektrische Leitfähigkeit,

- eine gute Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich. Diese Schicht muss ausserdem einen sperrenden Kontakt

mit der photoleitenden Schicht bilden und ein sehr günstiges

mechanisches Vorhalten bei sehr geringer Dicke (1OO bis 200 A) aufweisen, damit ein elektrischer Kontaktanschluss erhalten werden kann.

All diese Eigenschaften müssen denen nach der Ablagerung entsprechen, was bedeutet, dass" Bedingungen und besondere Verfahren zur Ablagerung der Schichten erforderlich sind, durch die während der Ablagerung die Eigenschaften der Materialien nicht geändert werden, wenn diese vorher bereits befriedigend sind. Diese Ablagerungsbedingungen und -Verfahren müssen sichern, dass verhindert wird, dass zu einer der Schichten gehörige Elemente in eine andere Schicht eindiffundieren.

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Die vorliegende Erfindung bezweckt, für das Relais, insbesondere in bezug auf die photoleitende Schicht und die diese Schicht bedeckende leitende lichtdurchlässige Schicht, eine derartige Struktur zu schaffen, dass die erwähnten Schichten die kombinierten obengenannten Eigenschaften aufweisen. Sie umfasst eine passende Wahl der Materialien und geeignete Verfahren zur Ablagerung, zum Zusammenfügen und zum Aufbau der Struktur der Schichten,

In einem optischen Relais mit einem Vakuumraum mit mindestens einem für Licht durchlässigen Fenster und einer Scheibe aus einem eine elektrooptische Wirkung aufweisenden Material, die bei der Anwendung auf eine Temperatur in der Nähe ihres Curiepunktes gebracht v/ird und dabei eine sich mit dem zwischen ihren Flächen angelegten Spannungsunterschied ändernde Doppelbrechung aufweist, wobei die dem lichtdurchlässigen Fenster gegenüber liegende Oberfläche der erwähnten Scheibe mit einer leitenden lichtdurchlässigen Schicht versehen ist, während die andere Oberfläche mit einer Reihenfolge aufeinander liegender Schichten überzogen 1st, und zwar mit einem dielektrischen Mehrschichtspiegel aus Materialien, wie LiF, CaF₂, ZnS, MgO, Ta₂O₅, A1₂O„ oder TiO₂, einer Schicht aus einem photoleitenden Material und einer elektrisch leitenden für Licht durchlässigen Schicht, besteht gemäss der Erfindung das photoleitende Material aus Selen (Se) oder aus einer Zusammensetzung aus Arsen und Selen oder aus einer Zusammensetzung aus Arsen und Tellur in amorpher oder ein wenig kristallisierter Form ist, und dass ist die

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leitende das photoleitende Material bedeckende Schicht eine Schicht aus Edelmetall, wie Silber, Gold, Platin, oder aus Halbleitermaterialien, wie In₂0„ oder SnO₂,

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen Schnitt durch das erfindungsgemässe optische Relais zeigt.

In dieser Figur bezeichnet 1 eine Platte aus einem für den Ausgäbelichtstrahl durchlässigen Material, die als Träger für das Relaisgebilde dient; 2 bezeichnet eine leitende für den Ausgabelichtstrahl durchlässige Schicht, die die Bildung eines Anschlusskontakts 3 ermöglicht, während h eine Schicht atis Aluminium bezeichnet, die eine Verbindung zwischen der Schicht 2 und der Platte 5 aus einem elektrooptischen Material, z.B. einem deixterierten zweisäurigen Kaliumphosphat (Κυρ), herstellt; 6 bezeichnet einen dielektrischen Mehrschichtspiegel, der den Ausgabelichtstrahl, der von der Quelle 7 herrührt, i"eflektiert.

8 bezeichnet die photoleitende Schicht und 9 die leitende für den Abbildungslichtstrahl 10 durchlässige Schicht, die die Bildung des Kontaktanschlusses 11 ermöglicht.

Da die photoleitende Schicht einen grossen Widerstand

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in der Grüssenordnung von 10 bis 10 n.cm aufweisen muss, werden nach der Erfindung für diese Schicht amorphe oder ein wenig kristallisierter Körper verwendet, Die erwähnte Schicht muss auf der letzten Schicht des dielektrischen Spiegels aus ZnS, MgO, Ta^O-, Al₂O- oder TiO₂ abgelagert werden. In der Literatur werden keine Ablägerungen auf solchen Substraten beschrieben. Nach der Erfindung haben

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sich durch Versuche Selen, die Zusammensetzungen von Arsen und Selen und die Zusammensetzungen von Arsen und Tellur als geeignete Materialien erwiesen, weil sie einen grossen Widerstand und eine wesentliche Vergrösserung der Photoleitung aufweisen, wShrend ausserdem eine gute Selektivität der anregenden Strahlungen der erwähnten Photoleitung erhalten wird.

Andererseits wurden nach der Erfindung ein Ablagerungsverfahren und Ablagerungsbedingungen festgestellt.

Die Ablagerung soll tatsächlich weder die inhärenten günstigen Eigenschaften des abgelagerten Körpers, noch die gefundenen günstigen Eigenschaften der anderen Bestandteile des Relais beeinflussen. Insbesondere soll vermieden werden, dass während der Ablagerung eine Reaktion in festem Zustand zwischen dem dielektrischen Spiegel und dem Photoleiter auftritt; eine derartige Reaktion wird dadurch ermöglicht, dass die für die photoleitende Schicht verwendeten Chalkogenide niedrige Schmelztemperaturen aufweisen, wodurch für die diese Chalkogenide bildenden Ionen ein verhältnismässig grosser Diffusionskoeffizient erhalten wird, der nur einige Zehn Grad oberhalb der normalen Temperatur liegt. Beispielsweise sei die kontinuierliche Diffusion von Schwefel (s) in dem durch eine ZnS-Schicht abgeschlossenen dielektrischen Spiegel zu dem als Photoleiter verwendeten Selen (Se) erwähnt, welche Erscheinung auftritt, wenn die Temperatur des durch die doppelbrechende Platte (5) und den dielektrischen Spiegel (6) gebildeten Substrats zu hoch ist. Wenn diese Diffusion auftritt, beeinträchtigt sie die Qualität des

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dielektrischen Spiegels und beeinflusst sie die Art des Kontakts zwischen dem Photoleiter und dem dielektrischen Spiegel, die VergrBsserung der Photoleitung und die spektrale Empfindlichkeit des Photoleiters.

Nach der Erfindung werden die Temperaturbereiche der KDP-Platte und der dielektrische Spiegel derart gewählt, dass diese unerwünschte Diffusion vermieden wird. Diese Temperaturbereiche liegen zwischen -50⁰C und einer oberen Grenze gleich +8O⁰C fUr das Selen, und zwischen -50⁰C und einer oberen Grenze gleich +1^5⁰C für die Zusammensetzungen von Arsen und Selen und die Zusammensetzungen von Arsen und Tellur. Die Ablagerung erfolgt durch Aufdampfen aus einem Tiegel. Damit das Substrat nicht zu stark durch die Strahlung des Tiegels erhitzt wird, wird die Aufdampfzeit auf 15 bis 20 Minuten beschränkt. Ein besonderes Verfahren zur Beschränkung dieser Aufdampfzeit und somit der Substrattemperatur während der Ablagerung nach der Erfindung ist ein "flash¹¹-Aufdampfverfahren.

Nach der Erfindung wird die photoleitende Schicht mit einer leitenden lichtdurchlässigen Schicht sehr geringer Dicke überzogen. Diese Schicht besteht entweder aus Edelmetall, wie Ag, Au, Pt oder aus Halbleitermaterialien, wie In₂Oo, SnOg. Diese Wahl gründet sich auf Versuche und auf die Tatsache, dass gefunden wurde, dass diese Schichten die erwünschten bereits erwähnten Eigenschaften aufweisen. Die Erfindung umfasst auch das Verfahren zur Ablagerung ^: dieser Schichten, das unter besonderen Bedingungen durchgeführt wird. Das verwendete Verfahren ist ein Kathodenzer-

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stäubungsverfahren. Diese Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Atmosphäre, in der absolut keine Wasserdampfspuren mehr vorhanden sind. Die verwendete Leistung wird niedrig gehalten, so dass die Energie der während der Zerstäubung niedergeschlagenen Teilchen niedrig bleibt und somit die photoleitende Schicht nicht erhitzt und nicht umkristallisiert wird, oder dass sogar die Qualität dieser Schicht während des Kathodenbeschusses nicht beeinträchtigt wird. Andererseits wird die Leistung derart eingestellt, dass die Ablagerungszeit genügend lang ist, um geregelt werden zu können, und dass die Schichten auf reproduzierbare Weise erhalten werden können» z.B. eine Zeit von 20 Sekunden bei einer Dicke von 200 A.

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Claims

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PATENTANSPRUECIIE :

Γ 1 Λ Optisches Relais mit einem Vakuumraum mit mindestens einem für Licht durchlässigen Fenster und einer Platte aus einem eine elektrooptische Wirkung aufweisenden Material, die bei der Anwendung auf eine Temperatur in der Nähe ihres Curiepunktes gebracht wird und dabei eine sich mit dem zwischen ihren Oberflächen angelegten Spannungsunterschied ändernde Doppelbrechung aufweist, wobei die dem lichtdurchlässigen Fenster gegenüber liegende Oberfläche dieser Platte mit einer leitenden lichtdurchlässigen Schicht versehen ist, während die andere Oberfläche mit einer Reihenfolge aufeinander liegender Schichten überzogen ist, und zwar einem dielektrischen Mehrschichtspiegel aus z.B. LiF, CaF₂, ZnS, MgO, Ta₂O-, A1₂O„ oder TiO₂, einer Schicht aus einem photoleitenden Material und einer elektrisch leitenden für Licht durchlässigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass das photoleitende Material Selen oder eine Zusammensetzung von Arsen und Selen oder eine Zusammensetzung von Arsen und Tellur ■in amorpher oder ein wenig kristallisierter Form ist, und dass die leitende das photoleitende Material bedeckende Schicht eine Schicht aus Edelmetall, wie Silber, Gold,Platin, ,> oder aus Halbleitermaterialien, wie In₂0„, SnOp, ist.
2. Verfahren zur Herstellung des Relais nach Anspruch 1, das zur Ablagerung der Schicht aus photoleitendem Material ein Aufdampfverfahren benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen so schnell erfolgt, dass während der Ablagerung die Temperatur des Substrats bei Selen 80°C und

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bei Zusammensetzungen von Selen und Arsen und von Arsen und Tellur 145°C nicht überschreitet.
3. Verfahren zur Herstellung des Relais nach Anspruch 1, das ein Kathodenzerstäubungsverfahren zur Ablagerung der leitenden, lichtdurchlässigen, die photoleitende Schicht bedeckenden Schicht benutzt, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Ablagerung dem Stibstrat zugeführte Leistung derart beschränkt wird, dass die Temperatur des erwähnten Stibstrats bei Selen 80⁰C und bei Zusammensetzungen von Solen und Arsen und von Arson und Tellur 1^5⁰C nicht überschrei tot,

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