DE2420789C3 - Ladungsspeicherplatte für eine elektronische Speicherröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladungsspeicherplatte 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 (ζ. Β. 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 Bildspeicherung besteht darin, daß die Größe der negativen Ladung auf der Oberfläche der Isolierschicht den Teilbetrag de Strahls steuert, der die leitfähige Schicht erreicht. Dies entspricht genau der Steuerung des Stromflußes zu der Auffangelektrode in einer Vakuumrohrentriode 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 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 Sneicherzeit 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

π oder mehr), hat es sich gezeigt, daß das Bild nach wiederholten Lesevorgängen verblaßt.

Bei elektronischen Speicherröhren mit Speicherplatten, die eine leitfähige 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

r> 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.

id Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ladungsspeichcrplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die zum Löschen erforderliche Zeit vermindert und die Speicherzeil erhöht ist.

Ti Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

wi Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Speicherplatte wird erreicht, daß die Leitfähigkeit der Isolierbereiche durch ionisierende Strahlung, wie sie insbesondere infolge der Anwesenheit eines Bremsgilters auftritt, nicht erhöht wird, wodurch die Speicherzeit

'Vi verlängert wird. Bestünden jedoch die Isolierbereiche vollständig aus dem gegen ionisierende Strahlung unempfindlichen Isolierstoff, z. B. Siliziumnitrid, so würde die relativ hohe Dielektrizitätskonstante dieses

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

Fi g. 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,

F i g. 2b eine Kurve des Targetstroms /7-als 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 verwendet wird, besitzt eine durch das Auftreffen des Strahls auf der Speicherplatte (Target) beeinflußte Charakteristik, wie sie in Fig. la gezeigt ist. wobei die Kurve A den Targetstrom /7 als Funktion der Targetspannung Vt zeigt. Fig. Ib zeigt eine typische Strahlerzeugungseinrichtung einer Vidicon-Röhre mit einem Stcuergitter Gl, Beschleunigungsgittern G 2 und G 3, einem Bremsgitter G 4, einer Kathode K und einem Target T, an das die Targetspannung ^angelegt wird. /,„.„ 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 Strahlbrcnnweite und die Gleichförmigkeit des Auftreffens auf dem Target (das heißt Grautönung) bestimmen. Es kann gezeigt werden, daß der Targetstrom /7 mit steigender Targetspannung Vi steigt, bis er einen maximalen Wert /„,.,, 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 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, dip c^ri*.:r\lerlich 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« R^;ld 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. 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 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 11 a 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

j·-) 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

4(1 das auf der Speicherplatte gespeicherte Muster stark beeinträchtigt werden.

Eine typische Arbeitskurve für die Speicherplatte von F i g. 2a ist beispielsweise in F i g. 2b gezeigt. Die Kurve 14 zeigt das Verhältnis zwischen dem Oberflächenpotential Φ,_η der Oxidschicht und dem Target- oder Signalstrom Ir, der von der leitfähigen Schicht 11 abgegeben wird, wenn an dem Stromanschluß 15 der Speicherplatte eine Spannung Vi 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 Signalbereich dar und zeigt, daß der

hii abstoßende Effekt des O'oerflächenpotentials der Isolierschicht kleiner wird, so daß immer mehr Elektronen auf den freiliegenden Oberflächen 11a der Speicherplatte auftreffen und dadurch einen Targetslrom /7 mit kontinuierlich ansteigender Größe erzeu-

h^ri gen können. Der Kurvenabschnitt 146, 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 h auftritt, der auf dem Wert I_max ist. Der Abschnitt 14c der Kurve 14, der sich von OV bis +5V erstreckt, wird als Nicht-Gleichgewichtsbereich bezeichnet. In diesem Bereich beginnt das Oberflächenpou ntial 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, r.ämüch das Löschen, das Schreiben und das Lesen, die im folgenden erläutert werden:

Löschen

Die Speicherplatte gilt dann als gelöscht, wenn ein gleichförmiges Oberflächenpotential Φ_ο> 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 <l>„_Xl ist daher definiert als '/',„, _(i

Um einen Löschvorgang duichzuführen, 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 V₇ die Targetspannung dar. die an die Siliziumschicht (das heißt die leüfähige Schicht) angelegt wird. Φ._,, stellt das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht (Isolierschicht) dar. Qo, ist die Oberflächenladung auf der Fläche 12a der Siliziumdioxidschicht. ε_ο< ist die Dielektrizitätskonstante der Siliziumdioxidschicht. Γ,,, ist die Dicke der Siliziumdioxidschicht.

Die Isolierschicht funktioniert tatsächlich als Miniaturkapazität, wobei die Kapazität der SiO2-Schicht gegeben ist durch:

C„_x = ■ „_x T„_x und Φ,,_χ = Q_11xIC_x

Um einen Löschvorgang durchzuführen, wird das Targetpotential Vj auf einen positiven Wert, in typischen Fällen +20V, angehoben, und der Elektronenstrahl tastet die ihm zugekehrte Seite der Speicherplatte mit Hilfe geeigneter X- und V-Ablenkeinrichtungen in einer solchen Weise ab, daß die Oberfläche bis auf das Kathodenpotentiai entladen wird, welches auf Null V Bezugspotential liegt. Bei Beendigung der Entladung ist die potentialdifferenz zwischen dem Oberflächenpotential Φ_Οχ und der leitfähigen Schicht (die immer noch auf +20 V liegt) gleich 20 V, und das Oberflächenpotential (das heißt die gespeicherte Ladung) ist im wesentlichen gleichförmig über der gesamten Speicherplatte. Die Targetspannung Vr wird dann auf den Lese-Wert abgesenkt, so daß das Oberflächenpotential Φηχ der Isolierschicht die als Miniaturkapazität wirkt, auf einen Wert unter i>„_t abfällt Bei einer Lese-Spannung von + 10 V fällt daher Φ_οχ auf —10 V ab.

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

Wenn man Ä_tn als relativen Anteil der Siliziumdioxidfläche definiert, gilt in guter Näherung:

* Γι

- D

Aus der graphischen Darstellung von F i g. 2b ergib! sich beispielsweise, daß das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht in dem Lösch-Zustand (das heißi

ίο Irisl 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 /4'_o,=0,5.

Bei typischen elektronischen Speicherröhren kann das Isoliermaterialverhältnis von A'_OX = 0,25 bis 0,5 variieren, wobei 0,3 der häufigste Wert ist. Bei einei Targetspannung von +10V in der Lese-Betriebsweise variiert daher das Oberflächenpotential der Siliziumdioxidschicht von - 10 V bis -20 V.

Um ein Siliziumdioxid-Löschpotential von </\,_Λ/ zi erreichen, ist es erforderlich, während des Löschens ein« Targetspannung

¹V, = 'Λ - "S.

anzulegen.

Daher fällt bei dem oben angegebenen Beispie Vi₁ in den Bereich von+20 bis+30 V.

Schreiben

Um eine Speicherplatte zu beschreiben, ist e: erforderlich, die negative Ladung von der gelöschter Fläche zu entfernen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Targetspannung Vt während des Schreibens auf ein se

υ hohes Spannungsniveau angehoben wird, daß di< Sekundäremission von der Isolierfläche bewirkt, dal mehr Elektronen aus der Isolierfläche herausgeschlager werden und die Fläche verlassen als sich absetzen. Dei Kreuzungspunkt für Siliziumdioxid, an dem mehl

4(, Elektronen aus der Oberfläche herausgeschlager werden und diese verlassen als sich auf der Oberfläche absetzen, liegt bei einem Wert für Φ_ΟΙ bei etwa +25 V Um eine gleichförmige Sekundäremission über dei gesamten Speicherplattenoberfläche während de:

•n Schreibens sicherzustellen, wird V_Tn. (Target-Schreib spannung) auf einen Wert von wenigstens oberhall + 20V. gewöhnlich aber auf einen Wert größer al:

+ 100 V eingestellt.

Die Grauskala des eingeschriebenen Bildes wire gewöhnlich dadurch erreicht, daß der Strahlstrorr während des Schreibens variiert wird, um dei erwünschten Bereich von Φ,,, zu erreichen, wie durcr den Kurvenabschnitt 14a in Fig.2b gezeigt ist. In den Ladungsmuster werden daher die »weißeren« Bereich« des Bildes durch ein positiveres Oberflächenpotentia auf der Isolierschicht und umgekehrt die »dunklen< Bereiche durch negativeres Oberflächenpotential dar gestellt, wie aus den oberen und unteren Endbereichei des Kurvenabschnitts 14a zu ersehen ist

Lese-Effekte

Im folgenden werden die Zusammenhänge voi Speicherzeit und Löschzeit erläutert Die Löschzeit is als die Zeit definiert die erforderlich ist um ein Bild zi b5 löschen. Sie wird durch den Elektronenstrahlstrom um die Targetkapazität bestimmt Ein hoher Strahlstron und eine geringe Targetkapazität (das heißt de Siliziumdioxidschicht) führt zu einem Minimum der Zei

die zum Entladen des gespeicherten Bildes erforderlich ist. Andere Faktoren, beispielsweise der Wirkungsgrad beim Strahleinfang, der mit λ,_η 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 Gasionen. Wie im Fall von durch Restgas erzeugten Gitterlcckströmcn, 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 verlängern. In diesem Zusammenhang wird ein Qualitätsfaktor K definiert, der gegeben ist durch:

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 Isoliermaterialien beispielsweise Siliziumnitrid und Aluminiumoxid -) 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.

κι 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 1000⁰C legt. Das Verfahren zur Erzeugung der Siliziumdioxidschicht besteht darin, daß man Silan (SH₄) und CO2 in einen Wasserstoffträger bei einer Tempera-

25' tür 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", 12"', ... auf der Oberfläche des Siliziumnitrids zu erzeugen (F i g. 3c).

Die Photolackschicht auf der Siliziumdioxidschicht wird dann nach dem Ätzvorgang entfernt. Das

si 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.

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 1 la 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.3e gezeigten Art ist die Einschränkung der maximalen Dicke der Siliziumnitrid- oder Aluminiumoxidschichten, die mit der gegenwärtigen Technologie abgeschieden werden können, wobei man 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 μΐη für Siliziumnitrid zusammen, so daß sich Speicherplatten mit hoher Kapazität ergeben. Obwohl daher die Speicherzeit und der Qualitätsfaktor K stark verbessert sind, ist der κι 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 Schreibgeschv/indigkeit 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 Materia! in Kombination mit einer oder mehreren Schichten aus Isoliermateria- r, lien 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 jo 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 r, 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 4-1 Siliziumdioxidstreifen 11', 11",... zu dem leitfähigen Siliziumsubstrat 11 wird durch die dazwischenliegenden Schichten aus Siliziutnnitrid 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 Silan (SH4), 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 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, 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 Blalt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

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 leitfähigen Teil anliegenden Isolierbereichen angeordnet ist, deren äußere ebene Oberflächen zu.n Speichern 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 Isolierbereiche aufweist, die von freiliegenden Oberflächenbereichen des leitenden Substrats umgeben sind.

4. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isolierstoff Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumoxynitrid ist.

5. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Isolierstoff Siliziumdioxid ist.