DE2420789B2 - Ladungsspeicherplatte für eine elektronische Speicherröhre - Google Patents
Ladungsspeicherplatte für eine elektronische SpeicherröhreInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ladungsspeicherplatite für
eine elektronische Speicherröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine bevorzugte Form von Speicherröhre mit elektronischem Ausgangssignal ist die Speicherröhre,
die durch Strahlstromsteuerung ausgelesen wird (z. B. Kazan & M. Knoll, »Electronic Image Storage«, S.
123—129, Academic Press 1968), 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
Aus der DE-OS 20 19 842 ist eine Ladungsspeicherplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt
die aus leitendem oder halbleitendem Material, z. B. aus Silizium, Tantal oder Aluminium, besteht und auf der
Isolierflecken aus dem entsprechenden Oxid und/Oder weiteren Materialien, vorzugsweise mit einem hohen
Sekundäremissionsfaktor, wie z. B. Magnesiumoxid oder Kaliumchlorid aufgebracht sind.
Der physikalische Vorgang bei der Bildspeicheinting
besteht darin, daß die Größe der negativen Ladung auf der Oberfläche der Isolierschicht 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 gebildete Bild wird als negatives Ladungsmuster auf der
Vorderseite des Isoliermaterials gespeichert Während des Auslesens liegt die Isoüeroberfläche der Speicherplatte auf einem Potential, das überall negativ
gegenüber der Kathode der Speicherröhre ist so daß kein Strahlstrom auf dem Isoliermaterialmuster an
kommt (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
is 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
Anweniiungsfällen 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 oder 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
J5 oder mehr), hat es sich gezeigt, daß das Bild nach
wiederholten Lesevorgängen verblaßt
Bei elektronischen Speicherröhren mit Speicherplatten, die eine leiifähige Siliziumschicht mit einem in einer
Ebene liegenden Gitter aus Siliziumdioxid verwenden,
hat es sich gezeigt, daß die Speicherzeit durch die
Empfindlichkeit der Isolierschicht (Siliziumdioxid) 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
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ladungsspeicherplatte gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die zum Löschen erforderliche Zeit vermindert und die Speicherzeit
erhöht ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Speicherplatte wird erreicht, daß die Leitfähigkeit der
Isolierbereiche durch ionisierende Strahlung, wie sie insbesondere infolge der Anwesenheit eines Bremsgitters auftritt nicht erhöht wird, wodurch die Speicherzeit
verlängert wird. Bestünden jedoch die Isolierbereiche vollständig aus dem gegen ionisierende Strahlung
unempfindlichen Isolierstoff, z. B. Siliziumnitrid, so würde die relativ hohe Dielektrizitätskonstante dieses
■4*3
Isolierstoffs die Löschzeit ungewünscht verlängern. Die
niedrigere Dielektrizitätskonstante des zweiten Isolierstoffs vermindert die Kapazität der einzelnen Isolierbereiche
und verkürzt damit die erforderliche Löschzeit Durch die vorliegende Erfindung wird somit gleichzeitig
eine hohe Speicherzeit und eine niedrigere Löschzeit erzielt
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
Fig. la eine graphische Darstellung, die das Verhältnis
zwisfben 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 /rals Funktion
des Oberflächenpotentials an dem in einer Ebene liegenden Gitter,
Fig.3a einen Detailschnitt durch einen Teil der Speicherplatte von F i g. 2a,
F i g. 3b—3f Speicherplatten, an denen das Verfahren
zur Herstellung beschrieben wird.
Ein Elektronenstrahl von einer Vidicon-Röhre oder einer Elektronenstrahlquelle einer Kathodenstrahlröhre,
wie er gewöhnlich in einer Speicherröhre ν erwendet wird, besitzt eine durch das Auftreffen des Strahls auf
der Speicherplatte (Target) beeinflußte Charakteristik, wie sie in F i g. 1 a gezeigt ist, wobei die Kurve A den
Targetstrom h als Funktion der Targetspannung VV zeigt Fig. Ib zeigt eine typische Strahlerzeugungseinrichtung
einer Vidicon-Röhre mit einem Steuergitter Gl, Beschleunigungsgittern G 2 und G3, einem
Bremsgitter G 4, einer Kathode K und einem Target T, an das die Targetspannung VVangelegt wird. /ma» ist eine
Funktion der Spannungen an den Gittern G 1 und G 2, während die Spannungen an den Gittern G 3 und G 4
solche Faktoren wie die Strahlbrennweite und die Gleichförmigkeit des Auftreffens auf dem Target (das
heißt Grautönung) bestimmen. Es kann gezeigt werden, daß der Targetstrom /r mit steigender Targetspannung
VV steigt bis er einen maximalen Wert lmax erreicht,
wonach ein Abfall in der Kurve aufgrund steigender sekundärer Emission von dem Target auftritt.
Die Erfindung betrifft Speicherröhren mit elektrischem Ausgangssignal, bei denen das Auslesen durch
Strahlstromsteuerung erfolgt und bei denen die Speicherplatte aus einem Muster von leitfähigen und
isolierenden Bereichen besteht, wobei die leitfähigen Bereiche untereinander verbunden sind und die
Isolierbereiche ein ebenes Gitter bilden, das ein elektrisches Ladungsmuster entwickeln end 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 vollständiges »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-Anwendizngsfällen verwenden zu können.
Während viele verschiedene Typen von Speicherplatten für elektronische Speicherröhren bereits verwendet
werden, verwendet einer der am meisten erfolgreichen
ίο Typen ein in einer Ebene liegendes Gitter auf der
Speicherplatte zur Strahlstromsteuerung. F i g. 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
is 12 aus einem Isoliermaterial, vorzugsweise 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 zur Anode steuert wobei die Größe des
Anodenstromes eine Funktion 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 Oberflächenpoten-
jo tial 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
j5 gegenüber der Kathode ist. Daher erfolgt das Auslesen
in einer elektronischen Speicherröhre mit einer Speicherplatte, wie sie in Fig.2a 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 Fig.2a ist beispielsweise in Fig. 2b gezeigt. Die Kurve
14 zeigt das Verhältnis zwischen dem Oberflächenpotential Φο« der Oxidschicht und dem Target- oder
Signalstrom /7-, der von der leitfähigen Schicht 11 abgegeben wird, wenn an dem Stromanschluß 15 der
Speicherplatte eine Spannung VV 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 auf trifft Der Abschnitt 14a der Kurve 14, der sich zwischen den
Spannungswerten von —10 V und —5 V erstreckt, stellt den normalen Signalbereich dar und zeigt, daß der
bo 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 Ir mit kontinuierlich ansteigender Größe erzeugen
können. Der Kurvenabschnitt 14Z>, 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 Oberflächenpo-
tentials an den Isolierstreifen 12 von —5 V zu 0 V keine Änderung des Targetstromes It auftritt, der auf dem
Wert In** ist. Der Abschnitt 14c der Kurve 14, der sich
von 0 V bis +5V erstreckt, wird als Nicht-Gleichgewichtsbereich 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 0 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 das Lesen, die im folgenden erläutert werden:
Löschen
Die Speicherplatte gilt dann als gelöscht, wenn ein gleichförmiges Oberflächenpotential Φοχ vorhanden ist,
welches genügend negativ ist, um zu verhindern, daß ein Strahlstrom die freiliegenden Oberflächen 11a der
leitfähigen Schicht erreicht. Das Löschpotential an der Oxidoberfläche *„£ ist daher definiert als Φαχ , = 0
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 Speicherplatte, mit dessen
Hilfe die Begriffe erläutert werden, die zur Erleichterung des Verständnisses des Löschvorganges erforderlich
sind. Wie in Fig.3a gezeigt ist, stellt VT die
Targetspannung dar, die an die Siliziumschicht (das heißt die leitfähige Schicht) angelegt wird. Φοχ stellt das
Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht (Isolierschicht) dar. Q0x ist die Oberflächenladung auf der
Fläche 12a der Siliziumdioxidschicht. εοχ ist die
Dielektrizitätskonstante der Siliziumdioxidschicht. T0x
ist die Dicke der Siliziumdioxidschicht.
Die Isolierschicht funktioniert tatsächlich als Miniaturkapazität,
wobei die Kapazität der SiO2-Schicht gegeben ist durch:
C„x ξξ toxjTox und Φ,,χ = Q1JC11x
Um einen Löschvorgang durchzuführen, wird das Targetpotential Vt 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 y-Ablenkeinrichtungen
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 pptentialdifferenz zwischen dem Oberflächenpotentiäil
Φοχ und der leitfähigen Schicht (die immer noch
auf +20 V liegt) gleich 20 V, und das Oberflächenpotential (das heißt die gespeicherte Ladung) 1st im
wesentlichen gleichförmig Ober der gesamten Speicherplatte. Die Targetspannung Vt wird dann auf den
Lese-Weift abgesenkt, so daß das Oberflächenpotential
Φ ox der!isolierschicht, die als Miniaturkapazität wirkt,
auf einen Wert unter *„I£ abfällt Bei einer Lese-Spannung
von +10 V fällt daher $OTauf E-10 V ab.
Der Wert des Oberflächenpotentials der Isolierschicht, der zum Löschen erforderlich ist wird durch die
Siliziumtargetspannung VTr in der Lese-Betriebsweise
und den Prozentsatz an Targetfläche bestimmt, die von dem Isoliermaterial eingenommen wird.
Wenn man Am als relativen Anteil der Siliziumdioxidfläche
definiert, gilt in guter Näherung:
Aus der graphischen Darstellung von F i g. 2b ergibt sich beispielsweise, daß das Oberflächenpotential der
Siliziumdioxidschicht in dem Lösch-Zustand (das heißt
ίο Itist gleich 0) ist, wenn das Oberflächenpotential — 10 V
und die Targetspannung (in der Lese-Betriebsweise) + 10V beträgt. Dadurch ergibt sich ein Wert für die
normierte Oxidfläche von Λ'ο»=0,5.
Bei typischen elektronischen Speicherröhren kann das Isoliermaterial verhältnis von /10»=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 <t>„E zu
erreichen, ist es erforderlich, während des Löschens eine Targetspannung
= VrR -
anzulegen.
Daher fällt bei dem oben angegebenen Betspiel VTf in den Bereich von +20 bis +30 V.
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 VT 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 mehr Elektronen aus der Oberfläche herausgeschlagen
werden und diese verlassen als sich auf der Oberfläche absetzen, liegt bei einem Wert für Φοχ bei etwa +25 V.
Um eine gleichförmige Sekundäremission über der gesamten Speicherplattenoberfläche während des
Schreibens sicherzustellen, wird K7-„, (Target-Schreibspannung)
auf einen Wert von wenigstens oberhalb + 20V, 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 Φοχ 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 »dunklen« Bereiche durch negativeres Oberflächenpotential dargestellt, wie aus den oberen und unteren Endbereichen des Kurvenabschnitts 14a zu ersehen ist
Die Grauskala des eingeschriebenen Bildes wird gewöhnlich dadurch erreicht daß der Strahlstrom während des Schreibens variiert wird, um den erwünschten Bereich von Φοχ 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 »dunklen« Bereiche durch negativeres Oberflächenpotential dargestellt, wie aus den oberen und unteren Endbereichen des Kurvenabschnitts 14a zu ersehen ist
Lese-Effekte
Im folgenden werden die Zusammenhänge von Speicherzeit und Löschzeit erläutert Die Löschzeit ist
als die Zeit definiert, die erforderlich ist, um ein Bud zu
es löschen. Sie wird durch den Elektronenstrahlstrom und
die Targetkapazität bestimmt Ein hoher Strahlstrom und eine geringe Targetkapazität (das heißt der
Siliziumdioxidschicht) führt zu einem Minimum der Zeh,
die zum Entladen des gespeicherten Bildes erforderlich ist. Andere Faktoren, beispielsweise der Wirkungsgrad
beim Strahleinfang, der mit Α'οχ in Beziehung steht, und
die Strahlenergieverteilung, werden im Augenblick nicht betrachtet.
Speicherzeit
Das 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 Casionen. Wie im Fall von durch Restgas erzeugten Gitterleckströmen, die in
Vakuumtrioden auftreten, werden Gasionen, die durch den Zusammenstoß des Elektronenstrahls mit Restgasmoiekühlen
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 verlängern. In diesem Zusammenhang wird ein Qualitätsfaktor K definiert, der
gegeben ist durch:
K =
Speicherzeit
T-öschzeit
T-öschzeit
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 Isoliermaterialien beispielsweise Siliziumnitrid und Aluminiumoxid
■5 in Erwägung gezogen, die bekanntlich erheblich beständiger gegen die Auswirkung von Ionisierungsstrahlung sind als Siliziumdioxid und die daher als
Strahlungsbeständiges Material bei der Transistorherstellung verwendet worden sind.
ίο Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für
Speicherplatten für elektronische Speicherröhren, bei dem Silizium als leitfähiges Substrat und Siliziumnitrid
als Isolator verwendet wird, wird im folgenden im Zusammenhang mit F i g. 3b—3f 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 (SH4) und Ammoniak (NH3)
in einen Wasserstoffträger bei einer Temperatur von 1000° C legt. Das Verfahren zur Erzeugung der
Siliziumdioxidschicht besteht darin, daß man Silan (SH4)
und CO? in einen Wasserstoffträger bei einer Temperatür
von 1000° C 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", 12'", ... auf der Oberfläche des
Siliziumnitrids zu erzeugen (F i g. 3c).
Die Photolackschicht auf der Siliziumdioxidschicht wird dann nach dem Ätzvorgang entfernt. Das
j5 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 F i g. 3d gezeigt ist.
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 F i g. 3d gezeigt ist.
Die Siliziumdioxidschicht kann dann unter Verwendung von Fluorwasserstoff entfernt werden, um
beispielsweise ein in einer Ebene angeordnetes Gitter zu erzeugen, wie es in Fi g. 3e gezeigt ist. Die
Speicherplatte besteht dann aus einem leitfähigen Siliziumsubstrat 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
eo oder andere strahlungsunempfindliche Isoliermaterialien
verwendet werden.
Eines der Probleme mit Anordnungen der in Fi g. 3e 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 μηι beschränkt.
Bei Schichten mit einer Dicke von mehr als 0,3 μπι
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 Faktor mit der
Dickenbeschränkung auf 0,3 μπι für Siliziumnitrid
zusammen, so daß sich Speicherplatten mit hoher Kapazität ergeben. Obwohl daher die Speicherzeit und
der Qualitätsfaktor K stark verbessert sind, ist der Absolutwert der Löschzeit, der bei den in Fig.3e
gezeigten Anordnungen auftritt, zu groß, um eine Verwendung dieser Anordnungen in elektronischen
Speicherröhren zu 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.3 gezeigten Art haben zur
Entwicklung einer kombinierten Anordnung geführt, bei der ein strahlungsbeständiges Material in Kombination
mit einer oder mehreren Schichten aus Isoliermaterialien mit niedriger Kapazität verwendet wird, die
strahlungsempfindlich oder strahlungsunempfindlich sein können. Eine solche Anordnung wie sie in Fig.3f
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 1Γ, 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.3f 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 IΓ, 11",... 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, entwikkelt. Das Siliziumnitrid kann, wie bereits erwähnt wurde,
auf dem leitfähigen Silizium unter Verwendung von
ίο Silan (ShU), das mit Ammoniak (NH3) 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 Siliziumoxynitrid.
Dieses Gittermuster führt zu einer Speicherplatte mit einem in einer Ebene liegenden Gitter, deren Speicherzeit
erheblich vergrößert ist, weil sie im wesentlichen unempfindlich gegen Röntgenstrahlung ist, während das
Mischmaterial eine erheblich reduzierte Kapazität im Vergleich zu Siliziumnitrid- oder Aluminiumoxidschichten
zeigt, 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
jo 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
j5 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,
so lange 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Ladungsspeicherplatte für eine elektronische Speicherröhre mit einer Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung für einen zum Schreiben, Löschen
und Lesen dienenden Elektronenstrahl und einer Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls, die ein leitfähiges Teil mit ebener Oberfläche
aufweist, auf der ein Muster aus an dem leitfälligen Teil anliegenden Isolierbereichen angeordnet ist,
deren äußere ebene Oberflächen zum Speiebern eines Ladungsbildes dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbereiche aus mehreren
übereinander angeordneten Isolierstoffschichten bestehen und daß mindestens eine der Isolierstoffschichten aus einem ersten Isolierstoff besteht,
dessen Leitfähigkeit durch ionisierende Strahlung nicht beeinflußt wird, während mindestens eine
andere Schicht aus einem zweiten Isolierstoff mit einer erheblich niedrigeren Dielektrizitätskonstante
als der erste Isolierstoff besteht
2. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1;, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus Isolierbereichen eine Vielzahl von im Abstand voneinander
angeordnete Streifen aufweist
3. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Vielzahl
diskreter, matrixartig angeordneter Isolierbeteiche aufweist, die von freiliegenden Oberflächenbereichen des leitenden Substrats umgeben sind.
4. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch t!, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isolierstoff
Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumoxydnitrid ist.
5. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Isolierstoff
Siliziumdioxid ist.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US43025774A | 1974-01-02 | 1974-01-02 |
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Family Applications (1)
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