DE2420789A1

DE2420789A1 - Speicherplatte fuer elektronische speicherroehren

Info

Publication number: DE2420789A1
Application number: DE19742420789
Authority: DE
Inventors: Albert S Waxman
Original assignee: Princeton Electronic Products Inc
Current assignee: Princeton Electronic Products Inc
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE2420789C3; CA1044744A; FR2256529A1; IT1021128B; GB1478594A; NL7407172A; DE2420789B2; JPS5099677A; FR2256529B1; JPS5530656B2

Description

PRINCETON ELECTRONIC PRODUCTS, INC., North Brunswick, New Jersey,

U.S.A.

Speicherplatte für elektronische Speicherröhren

Die Erfindung betrifft eine Speicherplatte für elektronische
Speicherröhren. Elektronische Speicherröhren können in mehrere
Kategorien aufgeteilt werden, wobei insbesondere die Speicherröhre mit Leuchtbildanzeige oder die direkt anzeigende Speicherröhre und die Speicherröhre mit einem elektrischen Ausgangssignal zur erwähnen ist, die im Zusammenhang mit herkömmlichen Kathodenstrahlröhren verwendet werden, um die gespeicherten Bilder sichtbar zu machen.

Eine bevorzugte Form von Speicherröhre mit elektronischen Ausgangssignal ist die Speicherröhre, die durch Strahlstromsteuerung ausgelesen wird (siehe B. Kazan & M. Knell, "Electronic Image Storage" Seiten 123-129, Academic Press I968), bei der eine Speicherplatte verwendet wird, die aus einer leitfähigen Schicht und einer im
wesentlichen in einer Ebene liegenden, isolierenden Schicht besteht, die in einem vorbestimmten Muster auf der leitfähigen
Schicht, vorzugsweise als Streifenmuster, angeordnet ist (siehe
auch US-PS 3 361 294).

Der physikalische Vorgang bei der Bildspeicherung besteht darin,
daß die Größe der negative Ladung auf der Oberfläche der Isolier-

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schicht den Teilbetrag des Strahls steuert, der die leitfähige Schicht erreicht. Dies entspricht genau der Steuerung des Stromflußes zu der Auffangelektrode in einer Vakuumröhrentriode mit Hilfe einer negativen Spannung an dem Steuergitter. Das auf der Auffangelektrode oder Speicherplatte (target) gebildete Bild wird als negatives Ladungsmuster auf der Vorderseite des Isoliermaterials gespeichert. Während des Auslesens liegt die Isolieroberfläche der Speicherplatte auf einem Potential, das überall negativ gegenüber der Kathode der Speicherröhre ist, so daß kein Strahlstrom auf dem Isoliermaterialmuster ankommt (welches dem Steuergitter einer Vakuumtriode vergleichbar ist, das ebenfalls keinen Strom zieht, weil es auf einem negativen Potential gegenüber der Kathode ist). Daher erfolgt das Auslesen des Bildes in der elektronischen Speicherröhre zerstörungsfrei, und das Bild wird in der Form des Gleitungsmusters aufrechterhalten, das während des SchreibVorganges auf dem Isoliermaterial ausgebildet worden ist, so daß das Bild mehrfach gelesen werden kann, ohne das Bild zu zerstören.

Obwohl einige Vorrichtungen dieser Art verhältnismäßig gute Bildspeicherzeiten haben, werden die Versuche dennoch fortgesetzt, um die Speicherzeit zu verbessern, damit die elektronischen Speicherröhren in Anwendungsfällen verwendet werden können, bei denen die Speicherzeiten von herkömmlichen Speicherröhren sich als unbefriedigend herausgestellt haben.

Die Speicherzeit betrifft die Fähigkeit einer elektronischen Speicherröhre, ein darin erzeugtes Bild unabhängig davon zu halten, ob die Elektronenspeicherröhre ausgeschaltet worden ist ob sie mehrere Lesevorgänge durchgemacht hat. Während die Speicherzeit mit abgeschaltetem Elektronenstrahl, das heißt bei abgeschalteter Speicherröhre, verhältnismäßig lang ist (gewöhnlich in der Größenordnung von einer Woche oder mehr), hat es sich gezeigt, daß das Bild nach wiederholten Lesevorgängen verblaßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Speicherplatten für elektronische Speicherröhren anzugeben, die sowohl bezüglich einer geringeren, zum Löschen erforderlichen Zeit als auch einer er-

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— 3—
höhten Speicherzeit verbessert sind.

Bei elektronischen Speicherröhren mit Speicherplatten, die eine leitfähige Sjliziumschicht mit einem in einer Ebene liegenden Gitter aus Siliziumdioxid verwenden, hat es sich gezeigt, daß die Speicherzeit durch die Empfindlichkeit der Isolierschicht (SiIiziümdioxid) auf Ionisierungsstrahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, beeinflußt wird, die durch die Wechselwirkung des . Elektronenstrahls mit dem Bremsgitternetz verursacht wird. Die Strahlung bewirkt, daß das Siliziumdioxid eine größere Leitfähigkeit zeigt, wodurch die Ladung auf der Oberfläche, die dem Elektronenstrahl zugekehrt ist, auf die leitfähige Schicht übertragen wird oder als Leckstrom zu dieser fließt.

Aufgrund dieser Erkenntnis wurde eine Speicherplatte mit einem in einer Ebene liegenden Gitter entwickelt, bei der wenigstens eine Schicht aus Isoliermaterial vorgesehen ist, das im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Ionisierungs- oder Röntgenstrahlung ist, so daß der die Ladung vermindernde Leckstrom in Anwesenheit solch einer Strahlung reduziert und damit die Speicherzeit erheblich erhöht wird. Speicherplatten, die sich als außerordentlich befriedigend in dieser Hinsicht gezeigt haben, bestehen aus einer leitfähigen Siliziumschicht, auf der ein Muster aus einem strahlungsunempfindlichen Material, beispielsweise aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumoxynitrid, als ebenes Gitter angeordnet ist'. Durch Wahl dieser Materialien wird die Bildspeicherzeit erheblich verbessert. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Muster aus einem Isoliermaterial, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat, beispielsweise aus Siliziumdioxid, auf der strahlungsunempfindlichen Schicht aufgebracht, um die absolute Kapazität des ebenen Gitters erheblich herabzusetzen und dadurch die Speicherzeit zu verbessern und die für das Löschen des Bildes erforderliche Zeit beachtlich zu verkürzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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-H-

Fig. la eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Spannung an der Oberfläche -der Speicherplatte und dem Targetstrom für Vidicon-Röhren zeigt;

Fig. Ib eine typische Anordnung der Elektronenstrahlquelle für eine Speicherröhre;

Fig. 2a eine Speicherplatte, wie sie bei elektronischen Speicherröhren mit moduliertem Elektronenstrahl verwendet wird;

Fig. 2b eine Kurve des Targetstroms I_T als Funktion des Oberflächenpotentials an dem in einer Ebene liegenden Gitter;

Fig. 3a einen Detailschnitt durch einen Teil der Speicherplatte von Fig. 2a;

Fig. 3b-3f Speicherplatten gemäß der Erfindung, an denen das Verfahren zur Herstellung von Speicherplatten dieser Art beschrieben wird.

Ein Elektronenstrahl von einer Vidicon-Röhre oder einer Elektronenstrahlquelle einer Kathodenstrahlröhre, wie er gewöhnlich in einer Speicherröhre verwendet wird, besitzt eine durch das Auftreiben des Strahls auf der Speicherplatte beeinflußte Charakteristik, wie sie in Fig. la gezeigt ist, wobei die Kurve A den Targetstrom I_T als Funktion der Targetspannung V_T zeigt. Fig. Ib zeigt eine typische Strahlerzeugungseinrichtung einer Vidicon-Röhre mit einem Steuergitter Gl, Beschleunigungsgittern G2 und G3, einem Bremsgitter G&, einer Kathode K und einem Target T, an das die Targetspannung V_T angelegt wird. I___v ist eine Funktion der Spannungen an den Gittern Gl und G2, während die Spannungen an den Gittern G3 und Gk solche Faktoren wie die Strahlbrennweite und die Gleichförmigkeit des Auftreffens auf dem Target (das heißt Grautönung) bestimmung. Es kann gezeigt werden, daß der Targetstrom 1™ mit steigender Targetspannung V_m steigt, bis er einen maximalen Wert I erreicht, wo-

X Iu el X

nach ein Abfall ind er Kurve aufgrund steigender sekundärer Emission von dem Target auftritt.

Die Erfindung betrifft Speicherröhren mit elektrischen Ausgangssignal, bei denen das Auslesen durch Strahlstromsteuerung erfolgt und bei denen die Speicherplatte (Target) aus einem Muster von leitfähigen und isolierenden Bereichen besteht, wobei die leit-

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fähigen Bereiche untereinander verbunden sind und die Isolierbereiche ein ebenes Gitter bilden, das ein elektrisches Ladungsmuster entwickeln und halten kann, welches den Targetstrom zu den leitfähigen Bereichen während des Auslesens steuert. Das Auslesen erfolgt dadurch, daß ein unmodulierter Elektronenstrahl die Speicherplatte abtastet«

Bei solchen Speicherröhren sind zwei der wichtigsten Kennwerte die Löschzeit und die Speicherzeit. Die Löschzeit ist die Zeit, die erforderlich ist, um ein Bild zu löschen, so daß die Speicherplatte, wenn sie von einem unmodulierten Elektronenstrahl abgetastet wird, wie es beispielsweise während eines Lesevorganges erfolgt, ein vollständig "schwarzes" Bild erzeugt. Mit anderen Worten hat nach dem Löschen das Gitter der Speicherplatte ein Ladungsmuster, welches verhindert, daß der Elektronenstrahl auf der leitfähigen Fläche der Speicherplatte auftrifft, wodurch ein gleichförmig schwarzes Bild erzeugt wird. Es ist erwünscht, die Löschzeit so kurz wie möglich zu machen, um die elektronische Speicherröhre in vielen verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Anwendungsfällen verwenden zu können.

Während viele verschiedene Typen von Speicherplatten für elektronische Speicherröhren bereits verwendet werden, verwendet einer der am meisten erfolgreichen Typen ein in einer Ebene liegendes Gitter auf der Speicherplatte zur Strahlstromsteuerung. Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die mit einem ebenen Gitter versehene Speicherplatte 10, die aus einer leitfähigen Platte 11,vorzugsweise aus Silizium und einer Schicht 12 aus einem Isoliermaterial, vorzugsifeise Siliziumdioxid besteht, die in einem Streifenmuster angeordnet ist.

Die Bilderzeugung erfolgt physikalisch so, daß eine negative Ladung auf der Oberfläche der Isolierbereiche 12 den Teilbetrag des Elektronenstrahls 13 steuert, der die freiliegenden Oberflächenbereiche 11a der leitfähigen Platte 11 erreicht. Dies ist analog zu der Arbeitsweise einer Triode, deren Steuergitter, welches gewöhnlich negativ gegenüber der Kathode ist, den Stromfluß

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zur Anode steuert, wobei die Größe des Anodenstromes eine Punktion des augenblicklich an dem Steuergitter anliegenden Potentials ist. Das spezielle Bild auf der Speicherplatte 10 wird als negatives Ladungsmuster auf der Oberfläche 12a des Isoliermaterials gespeichert. Da das Oberflächenpotential der Oxidschicht überall negativ gegenüber der Elektronenstrahlkathode ist, trifft kein Strahlstrom auf den Oberflächen 12a auf. Dies ist wiederum wie bei der Triode, bei der kein Strom von dem Steuergitter gezogen wird, weil es auf einem negativen Potential gegenüber der Kathode ist. Daher erfolgt das Auslesen in einer elektronischen Speicherröhre mit einer Speicherplatte, wie sie in Pig. 2 gezeigt ist, zerstörungsfrei. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß das Bild mehrmals gelesen werden kann, ohne daß das Bild oder das auf der Speicherplatte gespeicherte Muster stark beeinträchtigt werden.

Eine typische Arbeitskurve für die Speicherplatte von Pig. 2a ist beispielsweise in Pig. 2b gezeigt. Die Kurve 14 zeigt das Verhältnis zwischen dem Oberflächenpotential 0 der Oxidschicht und dem Target- oder Signalstrom I_T, der von der leitfähigen Schicht 11 abgegeben wird, wenn an dem Stromanschluß 15 der Speicherplatte eine Spannung V™ von +10 V anliegt. Es ist ersichtlich, daß der Targetstrom bei einer Targetspannung von +10 V und dem Oberflächenpotential an der Isolierschicht von -10 V (oder weniger) gleich Null ist (gemessen.in Ampere). Dies beruht auf der Tatsache, daß die negative Oberflächenladung in der selben Weise wirkt wie das Steuergitter einer Triode und verhindert, daß der Elektronenstrahl auf den freiliegenden Oberflächen 11a der leitfähigen Schicht 11 auftrifft. Der Abschnitt 14a der Kurve 14, der sich zwischen den Spannungswerten von -10 V und ~5 V erstreckt, stellt den normalen Signalbereieh dar und zeigt, daß der abstoßende Effekt des Oberflächenpotentials der Isolierschicht kleiner wird, so daß immer mehr Elektronen auf den freiliegenden Oberflächen 11a der Speicherplatte auftreffen und dadurch einen Targetstrom I„ mit kontinuierlich ansteigender Größe erzeugen können. Der Kurvenabschnitt l4b,der sich zwischen -5 V und 0 V erstreckt, wird als Bereich mit unter Übersteuerung geschriebenem Bild bezeichnet und zeigt an, daß bei einem Anstieg des Oberflächenpotentials an den Iso-

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lierstreifen 12 von -5 V.zu 0 V eine Änderung des Targetstromes I_m auftritt, der auf dem Wert I_max ist. Der Abschnitt lMc der Kurve 14, der sich von O V bis + 5 V erstreckt, wird als Nicht-Gleichsgewicht sbereich bezeichnet. In diesem Bereich beginnt das Oberflächenpotential der Isolierschicht, welches positiver als das Potential der Kathode der Elektronenstrahlquelle ist, Elektronen anzuziehen und wird dadurch mehr negativ und während der Abtastung durch den Elektronenstrahl schließlich auf O V entladen. Dies ist ein unerwünschter Zustand, da dabei das Bild zerstört oder wenigstens stark beeinträchtigt wird.

Eine elektronische Speicherröhre, die eine Speicherplatte mit ebenem Gitter aufweist, hat drei Grundbetriebsweisen, nämlich das Löschen, das Schreiben und dasLesen, die im folgenden erläutert werden:

LÖSCHEN

Die Speicherplatte gilt dann als gelöscht, wenn ein gleichförmiges Oberflächenpotential 0 vorhanden ist, welches genügend negativ ist, um zu verhindern, daß ein Strahlstrom die freiliegenden Oberflächen 11a der leitfähigen Schicht erreichen. Das Löschpotential an der Oxidoberfläche 0 ist daher definiert als 0 1

^OXE ^{ox 1}I₁J₁=O.

Um einen Löschvorgang durchzuführen, ist es erforderlich, eine negative Ladung auf die Oberfläche der Isolierschicht aufzubringen. Fig. 3a zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Speicherplafct, mit dessen Hilfe die Begriffe erläutert werden, die zur Erleichterung des Verständnisses des Löschvorganges erforderlich sind. Wie in Fig. 3a gezeigt ist, stellt Vm die Targetspannung dar, die an die Siliziumschicht (das heißt die leitfähige Schicht) angelegt wird. 0_Q stellt das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht (Isolierschicht) dar. Q ist die Oberflächenladung auf der Fläche 12a der Siliziumdioxidschicht. £ ist die Dielektrizitätskonstante der Siliziumdioxidschicht. T ist die Dicke der Siliziumdioxidschicht.

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Die Isolierschicht funktioniert tatsächlich als Miniaturkapazität, wobei die Kapazität der SiOp-Schicht gegeben ist durch: · ^Cox^S4>x^/Tox ^{und 0}OX = <W^Cox S^nt·

Um einen Löschvorgang durchzuführen, wird das Targetpotential V"_T auf einen positiven Wert, in typischen Fällen +20 V, angehoben, und der Elektronenstrahl tastet die ihm zugekehrte Seite der Speicherplatte mit Hilfe geeigneter X- und X-Ablenkeinrientungen in einer solchen Weise ab, daß die Oberfläche bis auf das Kathodenpotential entladen wird, welches auf Null V Bezugspotential liegt. Bei Beendigung der Entladung ist die Potentialdifferenz zwischen dem Oberflächenpotential 0 und der leitfähigen Schicht (die immer noch auf +20 V liegt) gleich 20 V, und das Oberflächenpotential (das heißt die gespeicherte Ladung) ist in» wesentlichen gleichförmig über der gesamten Speicherplatte. Die Targetspannung V_T wird dann auf den Lese-Wert abgesenkt, so daß das Oberflächenpotential 0 der Isolierschicht, die als Miniaturkapazität wirkt, auf einen Wert gleich 0 abfällt. Bei einer Lese-Spannung von +10 V fällt daher 0_QX auf^E-10 V ab.

Der Wert des Oberflächenpotentials der Isolierschicht, der zum Löschen erforderlich ist, wird durch die Siliziumtargetspannung in der Lese-Betriebsweise und den Prozentsatz an Targetfläche bestimmt, die von dem Isoliermaterial eingenommen wird.

Wenn man A_Q als normierte Siliziumdioxidfläche definiert, gilt in guter Näherung:

*ox ~\
E T_R

Aus der graphischen Darstellung von Fig. 2a ergibt sich beispielsweise, daß das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht in dem Lösch-Zustand (das heißt I_T ist gleich 0) ist, wenn das Oberflächenpotential -10 V und die Targetspannung (in der Lese-Betriebsweise) +10 V beträgt. Dadurch ergibt sich ein Wert für die normierte Oxidfläche von A_QX = 0,5.

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Bei typischen elektronischen Speicherröhren kann das Isolier-

materialverhältnis von A = 0,25 bis 0,5 variieren, wobei 0,3 der"häufigste Wert ist. Bei einer Targetspannung von +10 V in der Lese-Betriebsweise variiert daher das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht von -10 V bis -20 V.

Um ein Siliziumdioxid-Löschpotential von 0 zu erreichen, ist es

ox_E

erforderlich, während des Löschens eine Targetspannung von ν_φ = ν_φ - 0 anzulegen.

¹E ¹R ^OXE

Daher fällt bei dem oben angegebenen Beispiel Vm in den Bereich von +20 bis +30 V. ^B

SCHREIBEN

Um eine Speicherplatte zu beschreiben, ist es erforderlich, die negative Ladung von der gelöschten Fläche zu entfernen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Targetspannung V_T während des Schreibens auf ein so hohes Spannungsniveau angehoben wird, daß die Sekundäremission von der Isolierfläche bewirkt, daß mehr Elektronen aus der Isolierfläche herausgeschlagen werden und die Fläche verlassen als sich absetzen. Der Kreuzungspunkt für Siliziumdioxid, an dem viel mehr Elektronen aus der Oberfläche herausgeschlagen werden und diese verlassen als sich auf der Oberfläche absetzen, liegt bei einem Wert für 0 bei etwa +25 V. Um eine gleichförmige Sekundäremission über der gesamten Speicherplattenoberfläche während des Schreibens sicherzustellen, wird V_T (Target-Schreibspannung) auf einen Wert von wenigstens oberhalß +20 V, gewöhnlich aber auf einen Wert größer als +100 V eingestellt. '

Die Grauskala des eingeschriebenen Bildes wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß der Strahlstrom während des Schreibens variiert wird, um den erwünschten Bereich von 0 zu erreichen, wie durch den Kurvenabschnitt 14a in Fig. 2b gezeigt ist. In dem Ladungsmuster werden daher die "weißeren" Bereiche des Bildes durch ein positiveres Oberflächenpotential auf der Isolierschicht und umgekehrt die "dunkleren" Bereiche durch negativeres Oberflächenpotential darge-

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stellt, wie aus den oberen und unteren Endbereichen des Kurvenabschnitts l4a zu ersehen ist.

LESE-EFFEKTE

Im folgenden werden die Zusammenhänge von Speicherzeit und Löschzeit erläutert. Die Löechzeit ist als die Zeit definiert, die erforderlich ist, um ein Bild zu löschen. Sie wird durch den Elektronenstrahlstrom die Targetkapazität bestimmt. Ein hoher Strahlstom und eine geringe Targetkapazität (das heißt der Siliziumdioxidschicht) führt zu einem Minimum der Zeit, die zum Entladen des gespeicherten Bildes erforderlich ist. Andere Faktoren, beispielsweise der Wirkungsgrad beim Strahleinfang, der mit A_Qx in Beziehung steht,und die Strahlenergieverteilung, werden im Augenblick nicht betrachtet.

SPEICHERZEIT

Da das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht negativer als das Kathodenpotential des Elektronenstrahls ist, absorbiert das Siliziumdioxid einen Strahlstrom während eines Lesevorgangs. Obwohl das gespeicherte Bild, wenn man nur das Landen von Elektronen aus dem Elektronenstrahl berücksichtigt, zerstörungsfrei ist, bewirken andere Faktoren, daß das Bild blasser wird. Ein bekannter Faktor ist die Auswirkung von positiven Gasionen. Wie im Fall von durch Restgas erzeugten Gitterleckströmen, die in Vakuumtrioden auftreten, werden Gasionen, die durch den Zusammenstoß des Elektronenstrahls mit Restgasmolekühlen erzeugt werden, von der negativ geladenen Oberfläche des Siliziumdioxids angezogen und setzen sich darauf ab. Dadurch driftet das Oberflächenpotential langsam in Richtung auf ein 0 Voltniveau nach oben. Mit anderen Worten wird ein gelöschter oder "schwarzer" Bereich langsam blasser und gleicht sich dabei einem "weißen" Bereich an. Die Geschwindigkeit, mit dem der Gasionenstrom das Bild in Richtung auf "weiß" abschwächt, hängt ebenfalls von dem Ionisierungsstrahlstrom und der Targetkapazität ab. Je größer die Targetkapazität umso niedriger ist Bildabschwächungsrate und desto größer die Bildspeicherzeit.

In der Praxis ist es jedoch erwünscht, die Löschzeit auf ein Minimum zu verkürzen und gleichzeitig die Speicherzeit auf ein Maximum zu

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verlängern. In diesem Zusammenhang wird ein Qualitätsfaktor K definiert, der gegeben ist durch:

κ = Speicherzeit
Löschzeit

Obwohl eine Änderung der Targetkapazität (beispielsweise durch Änderung der Siliziumdioxidschicht) ein Mittel ist, um die Speicherzeit und die Löschzeit zu erhöhen oder herabzusetzen, ändern sich diese Werte proportional, während der Qualitätsfaktor K sich nicht ändert.

Unter Verwendung von Siliziumdioxid-Siliziumspeicherplatten in elektronischen Speicherröhren wurden ausführliche Experimente unternommen, um das Verhältnis zwischen der Bildspeicherzeit, der Speicherplatte und dem Restgas in der Speicherplatte und dem Restgas in der Speicherröhre zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, daß Gasionenströme in den elektronischen Speicherröhren nicht sinnvoll mit den beobachteten Bildspeicherzeiten in Verbindung gebracht werden können, da die Ionenströme eine bis zwei Größenordnungen zu klein sind, um als Ursache für die Beeinträchtigung der Bildspeicherzeit in Betracht zu kommen. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse und in Zusammenhang mit verschiedenen anderen Experimenten kann überzeugend gezeigt werden, daß die Ursache für die BildabSchwächung während des Lesens in einer Leitfähigkeit des Siliziumdioxids liegt, die durch die Röntgenstrahlung induziert wird, welche durch das Auftreffen des Elektronenstrahles auf das Bremsgitternetz erzeugt wird.

Diese Beobachtungen haben zu der Entwicklung einer neuen Lösung geführt, bei der ein Isoliermaterial, das im wesentlichen strahlungsunempfindlich ist, für das ebene Gitter verwendet wird.

Aufgrund der Beobachtungen wurden als Isoliermaterialen beispielsweise Siliziumnitrid und Aluminiumoxid in Erwägung gezogen, die bekanntlich erheblich beständiger gegen die Auswirkung von Ionisierungsstrahlung sind als Siliziumdioxid und die daher als strählungsbeständiges Material bei der Transistorherstellung verwendet worden sind.

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Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für Speicherplatten für elektronische Speicherröhren, bei dem Silizium als leitfähiges Substrat und Siliziumnitrid als Isolator verwendet wird, wird im folgenden in Zusammenhang mit Fig. 3d beschrieben.

ein polierter Silizium-Chip 11 wird anfänglich mit einer Schicht aus Siliziumnitrid 15 überzogen, die ihrerseits mit einer Schicht aus Siliziumdioxid 12 überzogen wird. Ein typisches Verfahren für die chemische Dampfabscheidung von Siliziumnitrid besteht darin, daß man Silan (SHh) und Ammoniak (NH,) in einen Wasserstoffträger bei einer Temperatur von 1OQO^QC legt. Das Verfahren zur Erzeugung der Siliziumdioxidschicht besteht darin, daß man Silan (SH₁.) und COp in einen Wasserstoffträger bei einer Temperatur von 1000⁰C legt.

Ein Muster aus Photolackstreifen wird auf der Siliziumdioxidschicht ausgebildet, worauf dann in einem gepufferten HF-Ätzmittel geätzt wird, um ein . Siliziumdioxid-Gittermuster aus länglichen, im wesentlichen unter Abstand parallel zueinander angeordneten Streifen 12 ^!, 12 ^f', 12·'',... auf der Oberfläche des Siliziumnitrids zu erzeugen (Fig. 3b).

Die Photolackschicht auf der Siliziumdioxidschicht wird dann nach dem Ätzvorgang entfernt. Das beschriebene Verfahren zum Herstellen des Siliziumdioxidgitters ist im wesentlichen ähnlich wie das Verfahren, das zur Herstellung von Standard-Targets des Siliziumdioxids-Siliziumtyps verwendet wird.

Unter Verwendung des Siliziumdioxids als Maske wird die Siliziumnitridschicht unter Verwendung von heißer Phosphorsäure geätzt, um die Siliziumnitridstreifen 15'» 15'', 15*'',··· zu erzeugen und dadurch die dazwischenliegenden Oberflächenbereiche 11a des Siliziums 11 freizulegen, wie in Fig. 3c gezeigt ist.

Die Siliziumdioxidschicht kann dann unter Verwendung'von Fluorwasserstoff entfernt werden ₃ um beispielsweise ein in einer Ebene angeordnetes Gitter zu erzeugen, wie es in Fig. 3d gezeigt ist. Die Speicherplatte besteht dann aus einem leitfähigen Silizium-

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substrat 11 mit einem Streifenmuster aus Siliziumnitridstreifen 15'» 15",..., wobei Oberflächenbereiche 11a des Siliziums, die zwischen nebeneinanderliegenden Paaren von Isolierstreifen liegen, freigelegt sind.

Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Verwendung von Siliziumnitrid angegeben wird, ist zu beachten, daß ein ähnliches Verfahren verwendet werden kann, um ein Gittermuster der beschriebenen Art herzustellen, bei dem Aluminiumoxid oder andere strahlungsunempfindliche Isoliermaterialien verwendet werden.

Eines der Probleme mit Anordnungen der in Fig. 3d gezeigten Art ist die Einschränkung der maximalen Dicke der Siliziumnitrid- oder Aluminiumoxidschichten, die mit der gegenwärtigen Technologie abgeschieden werden können, wobei auch andere Techniken als die chemische Dampfabscheidung, beispielsweise Vakuumsputtern, kennt. Die Schichtdicken der genannten Schichten sind dabei auf weniger als 0,3/Um -beschränkt. Bei Schichten mit einer Dicke von mehr als 0,3M m besteht die Gefahr, daß sich in der Schicht Spannungsriße bilden. Da die Dielektrizitätskonstanten der oben genannten Materialien um ein mehrfaches höher als die von Siliziumdioxid sind, wirkt dieser Paktor, mit der Dickenbeschränkung auf 0,3 um für-Siliziumnitrid zusammen, so daß sich--Speicherplatten mit hoher Kapazität ergeben. Obwohl daher die Speicherzeit und der Qualitätsfaktor K stark verbessert sind_s ist der Absolutwert der Löschzeit, der bei den in Fig. 3d gezeigten Anordnungen auftritt, zu groß, um eine Verwendung dieser Anordnungen in elektronischen Speicherröhren au gestatten. Die hohe Kapazität verlangsamt darüberhinaus auch die ■ . Schreibgeschwindigkeit an der Speicherplatte bis zu einem Punkt, wo sie nicht mehr zur Speicherung von Fernsehvollbildern, das heißt zum Beschreiben der gesamten Targetfläche in einer Fernseh-Bildperiode (30 msec),verwendet werden kann.

Diese Einschränkungen bei der Anwendung von Anordnungen der in Fig. 3d_gezeigten Art haben zur Entwicklung einer kombinierten Anordnung geführt j, bei der ein strahlungsbeständiges Material in Kombination mit einer oder mehreren Schichten aus Isoliermaterialien

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mit niedriger Kapaität verwendet wird, die strahlungsempfindlich oder strahlungsunempfindlich sein können. Eine solche Anordnung wie sie in Fig. 3c gezeigt ist, besteht beispielsweise aus einem leitfähigen Siliziumsubstrat 11, auf dem Siliziumnitrid in Form eines Streifenmusters (siehe 15', 15'·,...) aufgebracht'ist. Auf dem Siliziumnitrid ist Siliziumdioxid in Form eines ähnlich angeordneten Streifenmusters aufgebracht (siehe die Streifen 11', 11'',...). Diese Ausführungsform kann beispielsweise unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, wobei der Verfahrensschritt weggelassen wird, der zum Entfernen des Siliziumdioxids verwendet wird.

Das Siliziumnitrid in der in Fig. 3c gezeigten Anordnung liefert eine gute StrahlungsImmunität, während die Siliziumdioxidschicht die Kapazität erheblich herabsetzt, so daß sich insgesamt eine Verbesserung des Qualitätsfaktors K ergibt, während gleichzeitig ein geringerer Absolutwert für die Targetkapazität erzielt wird. Die Leitung von Ladungsträgern von dem Siliziumdioxidstreifen 11', II'¹,... zu dem leitfähigen Siliziumsubstrat 11 wird durch die dazwischenliegenden Schichten aus Siliziumnitrid 15', 15'',···. verzögert.

Als weitere, alternative Ausführungsform in dem Bemühen, das doppelte Ziel einer niedrigen Kapazität kombiniert mit einer guten StrahlungsImmunität zu erreichen, wurde eine Anordnung aus einem kombinierten Material, beispielsweise Siliziumoxynitrid, entwickelt. Das Siliziumnitrid kann_s wie bereits erwähnt wurde, auf dem leitfähigen Silizium unter Verwendung von Silan (SH^), das mit Ammoniak (NH,) zur Reaktion gebracht wird, abgeschieden werden, und das Siliziumdioxid kann darauf durch die Reaktion von Silan mit Kohlendioxid (CO₂) abgeschieden werden. Wenn man Silan mit einer Mischung aus Ammoniak und Kohlendioxid zur Reaktion bringt, ergibt sich die Abscheidung eines Mischmaterials, das heißt von SiIiziumox#nitride Dieses Gittermuster führt zu einer Speicherplatte mit einem in einer Ebene liegenden Gitter, deren Speipherzeit erheblich vergrößert ist, weil sie im wesentlichen unempfindlich gegen Röntgenstrahlung ist, während das Misch-

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materiai eine erheblich" reduzierte Kapazität im Vergleich zu Siliziumnitrid-oder Aluminiumoxidschichten zei£t, so daß sich eine Verbesserung sowohl bei der Löschzeit als auch bei der Speicherzeit ergibt.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Erfindung eine neuartige Speicherplatte mit ebenem Gitter zur Verwendung in elektronischen Speicherröhren geschaffen wird, die die Vorteile herkömmlicher Speicherplatten mit ebenem Gitter zeigen und noch die zusätzlichen Vorteile einer erheblich verbesserten Speicherzeit und/oder Löschzeit haben.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise muß das ebene Gitter nicht in einem Streifenmuster vorliegen, sondern kann aus "Flecken" auf der leitfähigen Schicht bestehen, die rechteckig, quadratisch, kreisförmig oder dergleichen sind, wobei die Flecken in einer Matrix von m-Zeilen und η-Spalten angeordnet sind. Auch können die Formen des Gitters und der leitfähigen Schicht gegeneinander ausgetauscht werden, solange die leitfähige Schicht (Streifen, Flecken usw«,die auf der Isolierschicht angeordnet sind) miteinander verbunden sind, so daß das gleiche Niveau der Targetspannung daran angelegt werden kann.

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Claims

-16-Patentansprüche

1.)Speicherplatte für elektronische Speichrröhren, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitfähiger Teil (11) und ein Muster aus Isolierbereichen vorgesehen ist, die jeweils an den leit· fähigen Teil anliegen und eine erste Oberfläche haben, die zur Speicherung einer elektrischen Ladung geeignet ist, und daß die Isolierbereiche aus einem isolierenden,gegen Ionisierungsstrahlung beständigen Material bestehen, um selbst bei Anwesenheit einer Ionisierungsstrahlung die Fähigkeit der Elektronen, von der Oberfläche zu dem leitfähigen Teil (11) zu wandern, zu reduzieren.

2. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Silizxumoxynitrid aufweist.

3. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl abwechselnd angeordnete Isolierstreifen und leitfähige Streifen aufweist.

h. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl diskreter Isolierbereiche aufweist, die über einem leitfähigen Substrat liegen.

5. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Teil ein leitfähiges Substrat ist, und daß die Isolierbereiche aus einer Isolierschicht bestehen, die über dem leitfähigen Substrat liegt, und daß die Isolierschicht öffnungen hat, so daß auf diese Weise das Muster der leitfähigen Bereiche und der Isolierbereiche gebildet wird.

6. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl abwechselnd zueinander angeordnete Iso-

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lierstreifen und leitfähige Streifen aufweist, die über einem leitfähigen Substrat liegen.

7. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Teil ein leitfähiges Substrat aus Silizium ist, und daß die Isolierbereiche über dem leitfähigen Substrat liegen, so daß das Muster aus leitfähigen Bereichen und Isolierbereichen gebildet wird.

8. Speicherplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl abwechselnd angeordnete Isolierstreifen und leitfähige Streifen aufweist.

%. Speicherplatte nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl diskrete Isolierbereiche aufweist.

10. Speicherplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht öffnungen aufweist, durch die das Muster der leitfähigen Bereiche und der Isolierbereiche gebildet wird.

11. Speicherplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbereiche auf dem leitfähigen Teil abgeschieden sind.

12. Speicherplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbereiche aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe gewählt ist, die Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumoxynitrid aufweist.

13· Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbereiche ein Isoliermaterialsubstrat aufweisen, und daß der leitfähige Teil eine leitfähige Schicht aufweist, die über dem Isoliermaterialsubstrat liegt, und daß die leitfähige Schicht öffnungen hat, durch die das Muster.der leitfähigen Bereiche und Isolierbereiche gebildet wird.

14. Speicherplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl abwechselnd zueinander angeordnete Isolierstreifen und leitfähige Streifen aufweist, und daß die leit-

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-18-fähigen Streifen elektrisch miteinander verbunden sind.

15. Speicherplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl diskrete Isolierbereiche aufweist.

16. Speicherplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterialsubstrat aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumoxynitrid aufweist.

17. Speicherplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht abgeschiedenes Silizium ist«

18. Speicherplatte für elektronische Speicherröhren,insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitfähiger Teil
und ein Muster aus Isolierbereichen vorgesehen ist, die an dem leitfähigen Teil anliegen und eine erste Oberfläche haben, die zum
Speichern einer elektrischen Ladung geeignet- ist-, und daß die Isolierbereiche aus einer Vielzahl von Schichten aus Isoliermaterialien gebildet sind, wobei wenigstens eine der Schichten aus einem Isoliermaterial besteht, das gegen Ionisierungsstrahlung widerstandsfähig ist, um die Fähigkeit der Elektronen, von der Oberfläche zu
dem. leitfähigen Teil zu wandern, selbst bei Anwesenheit einer
Ionisierungsstrahlung zu reduzieren.

19. Speicherplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbereiche aus einer ersten Schicht und einer zweiten
Schicht bestehen, daß die erste Schicht eine erste Oberfläche, die
zum Speichern einer elektrischen Ladung geeignet ist, und eine
zweite Oberfläche angrenzend an die erste Oberfläche der zweiten
Schicht hat, und daß die zweite Schicht eine zweite Oberfläche angrenzend an den leitfähigen Teil hat.

20. Speicherplatte nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine· der beiden Schichten aus einem gegenüber Ionisierungsstrahlung widerstandsfähigen Material besteht, und daß die andere Schicht" aus einem Material mit einer erheblich niedrigeren Dielektrizitäts-

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-19-konstanten als die des strahlungsbeständigen Materials besteht.

21. Speicherplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Isolierschichten aus Siliziumdioxid und die andere Isolierschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumoxynitrid aufweist.

22. Elektronische Speicherröhre mit einer Speicherplatte, einer Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung und einer Strahlsteuereinrichtung, die die Abtastbewegung des Strahles über die Speicherplatte steuert, wobei die Speicherplatte leitfähige Teile aufweist, um einen Strom zu erzeugen, wenn der Elektronenstrahl darauf auftrifft, so daß die Größe des Stroms eine Punktion des Strahlstroms ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Isoliereinrichtungen jeweils kapazitiv an die leitfähige Einrichtung gekoppelt sind und eine erste Oberfläche haben, die zum Speichern eines Ladungsmusters geeignet ist, daß eine Steuereinrichtung zum Anlegen eines Signals an die Speicherplatte, um eine gewünschte Speicherladungsverteilung auf der ersten Oberfläche der Isoliereinrichtungen zu erzeugen, und eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, um die gespeicherte Ladungsverteilung auf der Speicherplatte auszumessen, und daß jede der Isoliereinrichtungen im wesentlichen unempfindlich gegen Ionisierungsstrahlung ist, um die übertragung von Oberflächenladung von der ersten Oberfläche der leitfähigen Einrichtung zu verhindern.

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