DE2415466C2

DE2415466C2 - Ladungsspeicherplatte

Info

Publication number: DE2415466C2
Application number: DE2415466A
Authority: DE
Inventors: Takao Katano Chikamura; Osamaru Higashiosaka Eguchi; Shinji Toyonaka Fujiwara; Masakazu Nishinomiya Fukai; Yukimasa Takarazuka Kuramoto; Hiroyuki Katano Serizawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1983-09-08
Also published as: NL160977B; FR2223799B1; AU6719174A; NL7404306A; FR2223799A1; NL160977C; GB1449956A; DE2415466A1; CA1024734A; US3900882A

Description

2. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch X=O₁I; V= 0,3; 2=0,05 und f=0,01.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsspeicherplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derarigen bekannten '-adungsspeicherplatte (BE-PS 7 91 077) weist dir Trägerschicht die Zusammensetzung ZnSjSei-, mit 0<jf W auf. Ferner ist dabei für den Parameter ζ der ersten Photoleiterschicht ein Wertebereich von 0<z<0,3 vorgesehen. Wenngleich durch diese bekannte Ladungsspeicherplatte eine gute spektrale Empfindlichkeit erreicht ist und gleichzeitig eine unerwünschte Bildverzögerung sowie unerwünschte Restbilder und Nachbilder weitgehend vermieden werden können, erscheint ihr Dunkelstromverhalten verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Ladungsspeicherplatte der eingangs genannten Art den Dunkelstrom im wesentlichen ohne nachteiligen Einfluß auf die übrigen Eigenschaften der Ladungsspeicherplatte weiter zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbsispiel der Erfindung sowie weitere durch sie erzielte Vorteile sind in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ladungsspeicherplatte und

Fig.2 eine Schaltung zur Messung der optischen Ansprecheigenschaften der Ladungsspeicherplatte.

Auf einem durch ein Glassubtrat gebildeten lichtdurchlässigen Substrat 1 ist eine dünne lichtdurchlässige Leiterschicht 2 aufgebracht. Auf dieser ist eine aus Zn ι _ .,Cd^S bestehende Trägerschicht 3 mit 0<x<l ausgebildet. Auf der Trägerschicht 3 ist dann eine Photoleiterschicht 4 aufgedampft, die aus einer aus (Zn₎__>Cd_>.Te)i__i(In2Te3)_z bestehenden ersten Photoleiterschicht 4a und aus einer aus

bestehenden zweiten Photoleiterschicht 46 besteht Durch diese Aufteilung der Photoleiterschicht 4 läßt sich die CdTe-Konzentration in der dem LichteinfaU zugewandten ersten Photoleiterschicht 4a höher als in der dem Lichteinfall abgewandten zweiten Photoleiterschicht 46 einstellen, so daß sich ein besonders niedriger Dunkelstrom ergibt

Die Photoleiterschichten 3 und 4 bilden einen HeteroÜbergang. Das Licht wird von der Seite des ίο Glassubstrats 1 her eingestrahlt EingestrahMes Licht mit einer kürzeren Wellenlänge, als sie dem Bandabstand des Materials der Trägerschicht 3 entspricht, wird bereits sehr dicht unter der dem Glassubstrat zugekehrten Auftreffoberfläche der Trägerschicht 3 absorbiert Um durch diesen Effekt keine unerwünschten Absorptionen im kurzwelligen Spektralbereich zu erhalten, muß der Bandabstand im Material der Trägerschicht 3 mindestens so groß sein, daß das Licht der kürzesten für die Aufzeichnung noch benötigten Wellenlänge noch diesseits der Absorptionskante liegt, also praktisch ohne Verlust durch die Trägerschicht 3 hindurch auf die hochempfindliche Photoleiterschicht 4 gelangen kann. Selbst wenn der Bandabstand in der Trägerschicht 3 jedoch groß genug gewählt ist, kann die wirksame Transmission durch die Trägerschicht 3 hindurch und damit die Lichtausbeute in der Photoleiterschicht 4 durch die Gegenwart einer zu hohen Rekombinationszentrenkonzentration an der Phasengrenzfläche zwischen Trägerschichten 3 und Photoleiterschicht 4 beeinträchtigt werden. Ein weiteres Erfordernis ist daher eine ausgezeichnete kristallographische Ausbildung des Heteroflbergangs. Die Phasengrenzfläche sollte durch geringe Fehlstellenkonzentrationen ein niedriges Oberflächenniveau und so wenig wie möglich Rekombinationszentren enthalten. Dazu ist erforderlich, daß die für die Schichten 3 und 4 verwendeten Verbindungen so gut wie möglich hinsichtlich ihrer Gitterkonstanten, ihrer Kristallstruktur und ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten übereinstimmen. Dies wird nach der Erfindung daduich erreicht, daß sich an die Trägerschicht 3 zunäcnst die erste Photoleiterschicht 4a anschließt.

Auf der langwelligen Seite des Spektralbereichs wird

die Empfindlichkeit der solchermaßen ausgebildeten

Ladungsspeicherplatte durch den Bandabstand des Materials der Photoleiterschicht 4 bestimmt. Licht,

dessen Wellenlänge länger als der Energie des

Bandabstandes des Materials der Photoleiterschicht 4

entspricht, ist, durchquert die Photoleiterschicht 4, ohne

so absorbiert zu werden.

Die Bandabstände in den Schichten 3 und 4 und damit

die Grenzen der spektralen Empfindlichkeit der

Ladungsspeicherplatte durch eine Veränderung der Werte x. y und bzw. oder ζ erreicht und eingestellt

werden.

Beim Betrieb der Ladungsspeicherplatte wird die Spannung zwischen der Leiterschicht 2 und einer in den Figuren nicht dargestellten auf die Außenseite der Photoleiterschicht 4 aufgebrachten Silberelektrode angelegt. In der Bildaufnahmeröhre wird die Photoleiterschicht 4 vom Elektronenstrahl abgetastet. Im Zusammenwirken mit einem an die durchsichtige Leiterschicht 2 angelegten Potential wird dadurch auf die Schichten 3 und 4 eine Spannung aufgeprägt. Bei dieser Anordnung wird die Spannungsverteilung zwischen den Schichten 3 und 4 bevorzugt so gewählt, daß die höhere Spannung der Photoleiterschicht 4 aufgeprägt ist. Wenn das über die Photoleiterschicht 4 gelegte

elektrische Feld nicht ausreicht, um die durch die Lichteinwirkung an der Oberfläche der Photoleiterschicht erzeugten freien Ladungsträger abzusaugen, werden die Ladungsträger wieder an Haftstellen lokalisiert, bevor sie die andere Seite der Photoleiterschicht erreichen. Die photoelektrische Empfindlichkeit einer solchen Ladungsspeicherplatte wird daher entsprechend der Anzahl der an den Haftstellen lokalisierten Ladungsträger vermindert. Das photoelektrische Verhalten der Schicht zeigt eine starke Relaxation, was zu einem starken Oberschwingen und bei der Bildaufnahme zum Nachbild führt.

Um diese Fehler zu vermeiden, muß der elektrische Widerstand über die Trägerschicht 3 etwas geringer als der elektrische Widerstand Ober die Photoleiterschicht 4 sein (in Richtung der optischen Achse). Die Schichtdicke und der spezifische elektrische Widerstand der Schichten 3 und 4 können vom Fachmann in einfacher Weise so eingestellt werden, daß die vorgenannte Bedingung erfüllt ist Die jeweils spezifischen Werte für die Schichten 3 und 4 können durch Änderung der Werte für x, y und ζ der Stoffzusammensetzung und durch die Aufdampfbedinguhgen beeinflußt werden. Bei der Verwendung der Ladungsspeich^rplatte in einer Bildaufnahmeröhre muß der spezifische elektrische Widerstand der Photoleiterschicht 4 in Quer- und Längsrichtung hoch sein, um eine ausreichende Ladungsspeicherung in der Photoleiterschicht 4 zu gewährleisten. Dadurch wird der Dunkelstrom vermindert und die Auflösung verbessert.

Zur Erzielung einer höheren optischen Ansprechgeschwindigkeit muß also das Ausmaß der Haftstellenlokalisierung der Ladungsträger in der Ladungsspeicherplatte vermindert werden.

Im Falle von Ladungsspeicherplatten für Bildaufnahmeröhren nimmt die Bildverzögerung bei zu großen Kapazitäten der Ladungsspeicherplatte spürbar zu. Auf der anderen Seite wird bei zu kleiner Kapazität der Ladungsspeicherplatte die durch die Kapazität und einen parallel geschalteten gleichwertigen Widerstand bestimmte Zeitkonstante kürzer als die Wiederholungsfrequenz der Elrktronenstrahlabtastung. Bei zu kurzer Zeitkonstante wird das Lichtsignal nicht ausreichend gespeichert, so daß in der makroskopischen Wirkung auch dadurch ein Empfindlichkeitsverlust eintritt Auch dieser Einflußfaktor kann durch eine angemessene Wahl der Dicke der Photoleiterschicht 4 vom Fachmann leicht eingestellt werden.

Zur Bestimmung der im folgenden diskutierten Kenngrößen wurden folgende Meßverfahren verwendet:

1. Zur Bestimmung der Kenngrößen der Ladungsspeicherplatte wurde eine Spannung zwischen der durchsichtigen Leiterschicht 2 und der Silberelektrode auf der Außenseite der Photoleiterschicht 4 zur Messung der spektralen Kennlinie, des Dunkelstroms, des Signalstroms und des optischen Ansprechverhaltens angelegt. Dazu wurde die in F i g. 2 schematisch dargestellte Schaltung verwendet.

(a) Ein Interferenzfilter mit einer Amplitudenhalbwertsbreite von 10-20 mn und eine Halogenlampe mit einer Farbtemperatur von 3400 K werden zur Messung des optischen Signalstroms bei 20 nm-Intervallen verwendet. Die von der Quelle durch einen Filter auf die Probe fallende Lichtmenge wurde mit einer Thermosäule gemessen.

(b) Die Strom-Spannungs-Kennlinien und die Signalstromkennlinien werden mit einem Elektrometer aufgenommen (Keithley; Modell 6/DC).

(c) Das optische Ansprechverhalten der Bildaufnahmeröhre weicht prinzipiell vom Photoleitverhalten der Ladungsspeicherplatte ab. Zur Bestimmung des Verhaltens der Proben als

ίο Ladungsspeicherplatten in Bildaufnahmeröh

ren unter Abtastung durch einen Elektronenstrahl wird daher eine äquivalente Schaltung aufgebaut, in der der Elektronenstrahl simu Iiert ist. Diese Schaltung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt Eine Photokathoden

röhre wird einer Xenonlampe gepulst Die Pulsfrequenz beträgt 60 Hz, die Pulsbreite 2 μβ. Durch diese Schaltung wird eine Elektronenstrahlabtastfrequenz von 60 Hz simuliert Der Prüfling wird durch einen Filter mit einer

Halogenlampe von 3400 K belichtet Das optische Ansprechverhalten wird mit einem Kameraverschluß gemessen.

2. Kenngrößen der Bildaufnahmeröhre.

(a) Zur Messung des Dunkelstroms und des Signalstroms wird an die durchsichtige Lederschicht 2 eine positive Spannung angelegt Während der Abtastung durch den Elektronenstrahl wird der Signalstrom abgegriffen

und gemessen.

(b) Bildverzögerung, Restbild und Nachbild.

Die Bildverzögerung ist eine Übergangscharakteristik der Bildaufnahmeröhre und als prozentualer Wert des restlichen Signalstroms 50 ms nach dem Umschalten von Belichtungs- auf Dunkelbedingungen. Das Restbild ist die entsprechende Langzeitbildverzögerung. Das Nachbild ist die mit Hilfe eines Videomonitors

■»ο bestimmte Zeit bis zum Verlöschen des Bildes, wenn die Bildaufnahmeröhre eine bestimmte Zeit lang ein Büd unter Sättigungsbedingungen aufgenommen hat und zu Beginn der Meßdauer auf einen gleichmäßig weißen Untergrund umgeschaltet wird.

Nachstehend ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Ladungsspeicherplatte beschrieben.

Zur Herstellung der in F i g. 1 gezeigte:» Ladtragsspeicherplatte werden Zinksulfide und Cadmiumsulfide aus getrennten Tiegeln gleichzeitig auf die transparente Leiterschicht 2 unter Bildung der aus Zm-^Cd₁S bestehenden Trägerschicht 3 aufgedampft Die Substrattemperatur beträgt 10O-250°C. Die Dicke der Aufdampfschicht betragt 0,02 -1 μπι. Der Wert von χ für die Zusammensetzung der Schicht kann durch eine Veränderung der Tiegeltemperaturen in den Verdampfung&que.len verändert und eingestellt werden. Beispielsweise wird bei einer ZnS-Temperatur von 940⁰C, einer CdS-Temperatur von 740°C und einer Substrattemperatur von 150⁰C ein Wert von χ etwa gleich 0,1 erhalten.

Auf diese Tragschicht 3 wird eine aus (Zn₁-,CdZTeJi-^(In₂Te₃) bestehende erste Photoleiterschicht 4a aufgedampft. Die Substrattemperatur beträgt dabei 150 bis 250⁰C. Die Dicke dieser ersten Photoleiterschicht 4a beträgt 0,4 - 4 μιη. Auf diese erste Photoleiterschicht 4a wird dann eine zweite Photoleiterschichi 4b aus (ZnT.'.)i _ _v(In2Te3)_K aufgedampft. Die SubstrattemDeratur beträgt 150-250⁰C. Die Dicke der

zweiten Photoleiterschicht 4b beträgt 0.5-5 um. Die so erhaltene Aufdampfschichtstruktur wird 3 min —3 h lang im Vakuum bei 30O-70O°C getempert. Dabei diffundiert CdTe aus der ersten Photoleiterschicht 4a in die zweite Photoleiterschicht 4b. Dadurch wird ein kontinuierlicher CdTe-Konzentrationsgradient eingestellt.

Im Vergleich zu sonst gleichen aber ohne die zweite Photoleiterschicht 4b hergestellten Ladungsspeicherplatten zeigt die nach dem Beispiel erhaltene Ladungsspeicherplatte ein geringeres Dunkelstromniveau und sine relativ geringere Rotempfindlichkeit. Die Blauempfindlichkeit wird nicht verringert. Mit geringerer CdTe-Konzentration auf der Seite des einfallenden Lichtes nimmt die Spannung, bei der das Nachbild verlöscht, zu. Bei dieser Spannung nimmt der Dunkelstrom ebenfalls zu. Auf der dem Lichteinfall abgekehrten Seite der Ladungsspeicherplatte nimmt der Dunkelstrom bei sehr hohen CdTe-Konzentrationen zu. Bei der Herstellung der im Beispiel beschriebenen Ladungsspeicherplatte ist die CdTe-Konzentrationsverteilung vor der Temperung so eingestellt, daß die CdTe-Konzentration auf der dem Lichteinfall zugekehrten Seite der Schicht höher als auf der dem Licht abgekehrten Seite ist. Durch die Temperung wird diese Verteilung nicht prinzipiell geändert, sondern lediglich ein stetiges und gleichmäßiges Konzentrationsgefälle erzeugt. Dadurch wird eine Ladungsspeicherplatte für Bildaufnahmeröhren erhalten, die kein Nachbild und ein außerordentlich niedriges Dunkelstromniveau aufweist.

Die Grenze der Rotempfindlichkeit der Ladungsspeicherplatte wird durch die Konzentration des CdTe in der ersten Photoleiterschicht 4a vor der Temperung und durch die Schichtdicke bestimmt. Durch die beim Tempern eintretende Diffusion tritt eine Konzentrationsverdünnung bzw. eine Mitteilung ein. Um die Rotempfindlichkeit dennoch konstant zu halten, ist die erste Photoleiterschicht 4a dünn, wenn y groß ist. und dick, wenn y klein ist.

Für eine Empfindlichkeit von 0,1 μA/μW bei 760 nm

ist die Schichtdicke etwa 0-6 μιτι für y=0,3 und 2.0 μπι für>-=0,l.

Bei zu großen Schichtdicken der zweiten Photoleiterschicht 4b wird die zum Verlöschen des Nachbildes

> erforderliche Spannung zu hoch. Bei zu dünner Schichtdicke nimmt der Dunkelstrom zu. Unter Berücksichtigung beider Faktoren wird ein Schichtdikkenbereich für die zweite Photoleiterschicht 4b von 2 — 5 μσι bevorzugt.

H) Für Werte von ν von 0,01-0,02 in der zweiten Photoleiterschicht 4b wird ein niedriges Dunkelstromniveau erhalten. Wenn der Wert für ν außerhalb dieses Bereiches liegt, nimmt der Dunkelstrom etwas zu. In der folgenden Tabelle sind die Kenndaten einer 2/3"-Bildaufnahmeröhre mit einer nach dem Beispiel hergestellten Ladungsspeicherplatte mit einem für alle Proben gleichen Wert von.v=0,1 dargestellt.

Tabelle

	ν = 0.3 ζ = 0,05	>· = 0,1 : = 0,05	ν = 0,3 r = 0 05
	ν = 0,01	ν = 0,01	ν = 0,03
23 Dunkelstrom (nA)	1,0	1,5	4,0
Bildverzögerung (%)	12	12	14
Auflösung *(Linien^hI)**	620	600	580
Rotempfindlichkeil (nA)	130	120	125
Blauempfindlichkeit (nA)	23	24	22
³⁵ Nachbild	keine	keine	keine

Den in der Tabelle gezeigten Daten kann entnommen werden, daß für v=0.0i der Dunkeistrom niedrig und •40 die anderen Kenndaten hervorragend sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ladungsspeicherplatte, bestehend aus

a) einem lichtdurchlässigen Substrat (1),

b) einer darauf aufgebrachten dünnen lichtdurchlässigen Leiterschicht (2),

c) einer darauf aufgebrachten Trägerschicht (3), die Zn und S enthält,

d) einer darauf aufgebrachten ersten Photoleiterschicht (4a), die im wesentlichen aus (Zm_jCdj,Te)t-^In₂Te₃J₂ mit 0<y <1 besteht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) für die Konzentration ζ gilt: 0 < ζ < 1,

f) auf die erste Photoleiterschicht (4a) ist unter Ausbildung eines HeteroÜbergangs eine zweite Photoleiterschicht (4b) aufgebracht, die im wesentlichen aus (ZnTe)i_ ,(In₂Te₃),- mit 0< ν <1 besteht,

g) die Trägerschicht (3) weist im wesentlichen die Zusammensetzung Zni _ ,Cd₁S mit 0 < χ < 1 auf.