DE2437623A1 - Solid state image intensifying device - having radiation responsive piezoelectric and phosphor layers for good gain at low voltages - Google Patents
Solid state image intensifying device - having radiation responsive piezoelectric and phosphor layers for good gain at low voltagesInfo
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Abstract
Description
"Vorrichtung zur Intensitätsverstärkung von durch Strahlung erzeugten Bildern und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung" Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, in der die Prinzipien der Xestkörperphysik verwendet werden, und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Verstärkung einfallender Strahlungsbilder."Device for intensifying the intensity of radiation generated Images and method of making the device "The present invention refers to an apparatus in which the principles of Xest Body Physics are used and in particular to a device for amplifying incident radiation images.
Seit längerer Zeit besteht Bedarf an der Verstärkung von Bildern durch Intensitätserhöhung derselben, wenn die Bilder verhältnismäßig schwach und nur schwer nachweisbar sind, Besonders wichtig ist dies im sichtbaren S;pektralbereich bei geringer Umgebungsbeleuchtung. Verschiedene Versuche, hierzu geeignete Vorrichtungen zu bauen, sind bisher unternommen worden. Es ergaben sich dabei zwar betriebsfähige Vorrichtungen, die jedoch verschiedene Nachteile aufweisen, so z.B. äußerst geringe Bandbreite der übertragenen Strahlung, die Größe der verwendeten Apparaturen, die äußerst hohen, für zufriedenstellenden Betrieb benötigten Spannungen (im Kilovolt-Bereich), Störanfälligkeit bei Schwingungen, Abhängigkeit des Betriebs der Vorrichtungen von den Temperaturverhältnissen und äußeren Magnetfeldern usw. There has been a need for image enhancement for a long time by increasing the intensity of the same when the images are relatively weak and are difficult to detect, this is particularly important in the visible spectral range with low ambient lighting. Various attempts to find suitable devices for this to build are so far been undertaken. It turned out to be devices that are operational, but have various disadvantages, E.g. the extremely small bandwidth of the transmitted radiation, the size of the radiation used Apparatus, the extremely high voltages required for satisfactory operation (in the kilovolt range), susceptibility to vibrations, dependency on operation of the devices from the temperature conditions and external magnetic fields, etc.
Dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtungen, mit denen mit der vorliegenden Erfindung vergleichbare Ergebnisse erhalten werden, beruhen auf Schaltungen mit Hochspannungsröhren und den entsprechenden Techniken. In einigen bekannten Vorrichtungen werden Elektrolumineszenz- Anordnungen verwendet, die aus einer Schicht eines Materials mit Elektrolumineszenz und einer weiteren Schicht eines photoleitenden Materials bestehen. Das photoleitende Material ist zur Einstellung der Spannung vorgesehen, die an das Material mit Elektrolumineszenz-Eigenschaften angelegt wird und die der Intensität der einfallenden Strahlung innerhalb des jeweiligen spektralen Ansprechbereichs der Vorrichtung proportional ist. Derartige Vorrichtungen wurden entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck einzeln für sich oder zusammengeschaltet verwendet. The prior art devices with which with results comparable to the present invention are obtained based on Circuits with high-voltage tubes and the corresponding techniques. In some known devices electroluminescent arrangements are used, which from a layer of an electroluminescent material and another layer consist of a photoconductive material. The photoconductive material is for adjustment the voltage provided to the material with electroluminescent properties is applied and that of the intensity of the incident radiation within the respective spectral response range of the device is proportional. Such devices were connected individually or together according to the respective application used.
Erfindungsgemäß wird eire auf Strahlung im Bandbreitenbereich der einfallenden Strahlung empfindliche Schicht mit einer ferroelektrischen Keramikschicht verbunden, die in geeigneter Weise polarisiert wird, um piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten. Eine ein Ausgangssignal erzeugende Vorrichtung ist mit der piezoelektrischen Schicht verbunden und liefert bei Einfall von Strahlung ein Ausgangssignal. According to the invention, eire is based on radiation in the bandwidth range the incident radiation sensitive layer with a ferroelectric ceramic layer connected, which is suitably polarized, to have piezoelectric properties to obtain. One output signal generating device is the piezoelectric Layer connected and provides an output signal when radiation is incident.
In einer speziellen Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine auf Strahlung ansprechende Schicht aus Cäsiumfluorid und eine piezoelektrische Schicht aus mit Kohlenstoff dotiertem Blei-Zirkonat-Titanat, an die ein Phosphor zur Erzeugung eines Ausgangssignals aufgebracht ist. Eine Spannung wird an die Schichten aus Blei-Zirkonat-Titanat und Cäsiumfluorid angelegt. In a special embodiment the device according to the invention comprises a radiation responsive layer of cesium fluoride and a piezoelectric Layer of carbon-doped lead-zirconate-titanate to which a phosphorus is applied to generate an output signal. A tension is applied to the layers made of lead zirconate titanate and cesium fluoride.
Die Oäsiumfluorid-Schicht kann durch Vakuumverdampfung von metallischem Cäsium auf eine geheizte Trägerfläche in einer Bortrifluorid-Atmosphäre erzeugt werden. Die Schicht aus Blei-Zirkonat-Titanat wird erzeugt durch Vakuumbedampfung und auflösende Zerstäubung von Blei-Zirkonat-Titanat in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre einer thermisch zerlegbaren organischen Verbindung, um dadurch mit Kohlenstoff dotiertes Blei-Zirkonat-Titanat epitaxial abzuscheiden. The oesium fluoride layer can be formed by vacuum evaporation of metallic Cesium generated on a heated support surface in a boron trifluoride atmosphere will. The lead-zirconate-titanate layer is produced by vacuum vapor deposition and dissolving atomization of lead zirconate titanate in an oxygen containing one Atmosphere of a thermally decomposable organic compound, thereby containing carbon epitaxially deposit doped lead-zirconate-titanate.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Intensitätsverstärkung eines durch Strahlung erzeugten Bildes. Figure 1 shows schematically a device according to the invention for intensity amplification an image generated by radiation.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann. Figure 2 is a schematic representation of an arrangement used for Production of the device according to the invention can be used.
Figur 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 1 zeigt in stark vergrößerter Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Intensitätsverstärkung eines durch Strahlung erzeugten Bildes. Zur Erläuterung eines bestimmten Verwendungszwecks wird die Vorrichtung der Figur 1 im Zusammenhang mit sichtbarer Lichtstrahlung beschrieben. Figure 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment the device according to the invention, Figure 1 shows in a greatly enlarged view the device 10 according to the invention for intensifying a radiation intensity generated image. To explain a specific use, the device of Figure 1 in connection with visible light radiation.
Doch darf nicht außer Acht gelassen werden, daß die Vorrichtung in gleichwertiger Weise für andere elektromagnetische Strahlungen geeignet ist, so beispielsweise für Röntgen-Strahlen, Ultraviolett-Strahlung, oder Infrarot-Strahlung.However, it must not be overlooked that the device in is equally suitable for other electromagnetic radiation, so for example for X-rays, ultraviolet radiation, or infrared radiation.
Obwohl der Ausdruck "Bildverstärker" verwendet wird, bedeutet dies nicht, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nur zur Wiedergabe als solcher erkennbarer Bilder geeignet ist. Die Vorrichtung läßt sich beispielsweise auch als Strahlungsdetektor und Strahlungsverstärker verwenden, wenn kein Bild im üblichen Sinne vorliegt.Although the term "image intensifier" is used, it means not that the device according to the invention is only recognizable as such for reproduction Images is suitable. The device can also be used, for example, as a radiation detector and use radiation intensifiers if there is no picture in the usual sense.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 umfaßt einen durchsichtigen Träger 12, der im Falle der Verwendung der Vorrichtung mit sichtbarer Lichtstrahlung aus Glas bestehen kann. Obwohl verschiedene Gläser geeignet sind, ist das als Pyrex bekannte Glas vorzuziehen, das aus 80 Vo Siliziumdioxyd, 4 % Natriumoxyd, 13 % Boroxyd, 2 % Aluminiumoxyd und 1 % andere Oxyde besteht. Träger 12 wird in an sich bekannter Weise gereinigt und geätzt, um eine frische Oberfläche freizulegen, auf der weitere Schichten abgeschieden werden können und um gute Haftung dieser Schichten auf dem Träger zu er zielen. The device 10 shown in Figure 1 comprises a transparent one Carrier 12, in the case of using the device with visible light radiation can be made of glass. Although different glasses are suitable, this is called Pyrex the known glass is preferable, which is made of 80 Vo silicon dioxide, 4% sodium oxide, 13% boron oxide, 2% aluminum oxide and 1% other oxides. Carrier 12 is in cleaned and etched in a known manner in order to expose a fresh surface, on which further layers can be deposited and to ensure good adhesion of these To aim layers on the carrier.
Eine Schicht 14 aus einem elektrisch leitenden doch für Strahlung durchlässigem Material wird auf die gereinigte Oberfläche des Trägers 12 aufgebracht. Verschiedene derartige Materialien sind an sich bekannt, so zum Beispiel Aluminiumoxyd, Titanoxyd, Chromoxyd und Zinnoxydul. Eine etwa 1000 angström dicke Zinnoxydul-Schicht ist besonders zweckmäßig. Die Zinnoxydul-Schicht kann mit einem bekannten Verfahren aufgebracht werden, so z.B. durch Aufsprühen einer wässrigen, 5 -igen Zinnoxydul-Lösung auf Träger 12, der vorher auf etwa 500 °C vorgeheizt wurde. Größere Selektivität in der Bandbreite der Vorrichtung läßt sich erzielen durch spezifische Wahl der Schicht 14. Beispielsweise kann die Schicht 14 aus Chrom aufgebaut werden, wobei sich dann Durchlässigkeit für Strahlung im infraroten Bereich ergibt. A layer 14 of an electrically conductive yet for radiation Permeable material is applied to the cleaned surface of the carrier 12. Various such materials are known per se, for example aluminum oxide, Titanium oxide, chromium oxide and tin oxide. A tin oxide layer about 1000 angstroms thick is particularly useful. The tin oxide layer can be made by a known method can be applied, e.g. by spraying on an aqueous 5-strength tin oxide solution on carrier 12, which has been preheated to about 500 ° C beforehand. Greater selectivity in the bandwidth of the device can be achieved by specific choice of Layer 14. For example, the layer 14 can be built up from chromium, wherein Then there is transparency for radiation in the infrared range.
Eine strahlungsempfindliche Schicht 16 wird anschließend auf die durchsichtige Schicht 14 aufgebracht. Schicht 16 muß auf einfallende Strahlung hin Elektronen abgeben können. A radiation-sensitive layer 16 is then applied to the transparent layer 14 applied. Layer 16 must respond to incident radiation Can donate electrons.
Unter Elektronenabgabe wird hierbei die Freimachung kinetischer Energie verstanden, die in der Form freier Elektronen aus Schicht 16 emittiert werden. Dabei kann zugleich eine Veränderung der Oberflächenladungsdichte oder eine mechanische Formänderung eintreten. Schicht 16 kann aus verschiedenen lichtempfindlichen Halogeniden der seltenen Erden bestehen; besonders zweckmäßig ist es, Schicht 16 aus Cäsiumfluorid herzustellen, das durch Vakuumverdampfung abgeschieden wird auf eine erhitzte Anordnung aus Träger 12 und Schicht 14.The release of kinetic energy takes place under the release of electrons understood that in the form of free electrons emitted from layer 16 will. At the same time, a change in the surface charge density or a mechanical deformation occur. Layer 16 can be made up of various photosensitive Rare earth halides exist; it is particularly useful to use layer 16 from cesium fluoride, which is deposited on by vacuum evaporation a heated assembly of carrier 12 and layer 14.
Zu dieser Abscheidung wird Träger 12 mit der daran haftenden Schicht 14 in eine Vakuumkammer beispielsweise in Form der Glasglocke 30 verbracht (Figur 2). Eine Quelle metallischen Cäsiums wird in ein Schiffchen 32 oder eine ähnliche Halterung eingesetzt. In Glasglocke 30 wird darauf mit einer Vakuumpumpe 38 ein Vakuum erzeugt, das mindestens 2.10#6 mm Hg betragen soll. Heizung 34 wird dann eingeschaltet, um Träger 12 auf eine Temperatur von 150 - 200 oO zu erhitzen. Anschließend wird die Quelle der zu erzeugenden Atmosphäre und die Steuereinheit erhitzt, um in Glasglocke 30 eine Atmosphäre von mindestens 0,07 Molprozent bis maximal 1 Molprozent Bortrifluorid aus der Quelle 40 zu erhalten. Die vorzugsweise Konzentration ist 0,1 Molprozent gasförmiges Bortrifluorid. Man läßt dann in der durch Pfeile 36 angedeuteten Richtung Hitze auf Schiffchen 32 mit dem metallischen Cäsium einwirken, wobei letzteres verdampft. The carrier 12 with the layer adhering to it is used for this deposition 14 placed in a vacuum chamber, for example in the form of the bell jar 30 (FIG 2). A source of metallic cesium is placed in a boat 32 or the like Bracket inserted. A vacuum pump 38 is then used in the bell jar 30 Vacuum created, which should be at least 2.10 # 6 mm Hg. Heater 34 is then switched on to heat carrier 12 to a temperature of 150-200 oO. Afterward the source of the atmosphere to be generated and the control unit is heated to in bell jar 30, an atmosphere of at least 0.07 mole percent to a maximum of 1 mole percent Obtain boron trifluoride from source 40. The preferred concentration is 0.1 mole percent gaseous boron trifluoride. It is then left in the direction indicated by arrows 36 In the direction of heat, act on boat 32 with the metallic cesium, the latter evaporates.
Während der Verdampfung des metallischen Cäsiums wandern die Cäsium-Atome durch die Bortrifluorid-Atmosphäre und ein beträchtlicher Teil des metallischen Cäsiums reagiert mit Bortrifluorid. Dabei wird Cäsiumfluorid gebildet, das auf der vorher abgeschiedenen Zinnoxydul-Schicht 14 abgelagert wird und an ihr haftet. Der Verdampfungsvorgang wird durchgeführt, bis sich eine etwa 800 Xngstrom dicke Cäsiumfluorid-Schicht auf Schicht 14 niedergeschlagen hat. Während der Verdampfung des metallischen Cäsiums aus Schiffchen 32 werden die Quelle der Bortrifluorid-Atmosphäre und Steuereinheit 40 so betrieben, daß ständig Bortrifluorid in das Innere der Glasglocke einströmt. Dadurch wird die gewünschte Bortrifluorid-Konzentration in der Innenatmosphäre der Glasglocke aufrecht erhalten. Bei dem in der in Glasglocke 30 vorhandenen Atmosphäre vorhandenen Prozentsatz von Bortrifluorid ergibt sich keine Sättigung und es ist deshalb anzunehmen, daß einiges metallisches Cäsium in Form des Elements Cäsium (d.h. nicht an Fluor gebunden) als Anteil an Schicht 16 abgeschieden wird. Durch diese Abscheidung einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Materials 16, die hauptsächlich aus dem Halogenid einer seltenen Erde mit einem Zusatz derselben in metallischer Form besteht, ergibt sich in überraschender Weise eine Erhöhung der Strahlungsempfindlichkeit der Schicht 16.Migrate during the evaporation of the metallic cesium the Cesium atoms through the boron trifluoride atmosphere and a considerable part of the metallic cesium reacts with boron trifluoride. Here cesium fluoride is formed, which is deposited on the previously deposited tin oxide layer 14 and on her adheres. The evaporation process is carried out until there is about 800 Xngstrom deposited thick cesium fluoride layer on layer 14. During evaporation of the metallic cesium from boat 32 become the source of the boron trifluoride atmosphere and control unit 40 operated so that there is always boron trifluoride in the interior of the bell jar flows in. This creates the desired concentration of boron trifluoride in the interior atmosphere the bell jar maintained. In the case of the atmosphere in the bell jar 30 The percentage of boron trifluoride present does not result in saturation and it is therefore to assume that some metallic cesium is in the form of the element cesium (i.e. not bonded to fluorine) is deposited as a portion of layer 16. By this deposition of a layer of radiation-sensitive material 16, the mainly of the halide of a rare earth with an addition of the same in metallic form, there is surprisingly an increase in Radiation sensitivity of layer 16.
Sofort nach Abscheidung der Cäsiumfluorid-Schicht 16 muß darüber eine Schutzschicht 18 angebracht werden, um eine Verunreinigung des Cäsiumfluorids von außen zu verhindern. Immediately after deposition of the cesium fluoride layer 16 must be over it a protective layer 18 can be applied to a pollution to prevent the cesium fluoride from outside.
Die Schutzschicht kann aus verschiedenen, an sich bekannten Komponenten bestehen, doch ist eine Siliziummonoxyd-Schicht, die in bekannter Weise durch Verdampfung im Vakuum abgeschieden wird, besonders geeignet. Die Siliziummonoxyd-Schicht soll verhältnismäßig dünn gehalten werden, wobei Schichtdicken von etwa 500 angström im Rahmen der Erfindung sehr geeignet sind.The protective layer can consist of various components known per se exist, but is a silicon monoxide layer, which in a known manner by evaporation is deposited in a vacuum, particularly suitable. The silicon monoxide layer should be kept relatively thin, with layer thicknesses of about 500 angstroms are very suitable within the scope of the invention.
Auf Schutzschicht 18 wird dann eine Bindeschicht 20 aufgebracht, die aus einem Material bestehen kann, das ausreichende Haftung für die auf der Cäsiumfluorid-Schicht 16 noch abzuscheidenden Schichten ergibt. Die erfindungsgemäße Bindeschicht 20 umfaßt zweckmäßigerweise drei getrennte Metallschichten. Die erste Metallschicht besteht aus Titan, das direkt auf die Siliziummonoxyd-Schicht 16 aufgebracht wird und dem eine Schicht aus Aluminium und eine weitere aus Gold folgen, Diese Schichten können durch Verdampfung im Vakuum erzeugt werden, und es ist anzunehmen, daß sie sich während des Verdampfungsvorgangs vermischen und eine intermetallische Verbindung bilden. A binding layer 20 is then applied to protective layer 18, which can consist of a material that has sufficient adhesion for the cesium fluoride layer 16 layers still to be deposited results. The tie layer 20 of the present invention comprises expediently three separate metal layers. The first metal layer is made made of titanium, which is applied directly to the silicon monoxide layer 16 and the a layer of aluminum and another one of gold follow, these layers can are generated by evaporation in a vacuum, and it is to be assumed that they are mix during the evaporation process and form an intermetallic compound form.
Nach Aufbringen der Bindeschicht 20 wird eine Schicht 22 aus piezoelektrischem Material epitaxial abgeschieden. After applying the bonding layer 20, a layer 22 of piezoelectric Material deposited epitaxially.
Bei der epitaxial abgeschiedenen Schicht 22 handelt es sich um monokristallines Material, beispielsweise ein ferroelektrisches Keramikmaterial, das polarisiert worden ist. Blei- Zirkonat, Barium-Titanat, Blei-Metaniobat und Blei-Zirkonat-Titanat sind derartige ferroelektrische Keramikmaterialien.The epitaxially deposited layer 22 is monocrystalline Material, for example a ferroelectric ceramic material, that polarizes has been. Lead- Zirconate, barium titanate, lead metaniobate and Lead zirconate titanate are such ferroelectric ceramic materials.
Erfindungsgemäß wird eine Schicht 22 aus Blei-Zirkonat-Titanat verwendet, das mit Kohlenstoff dotiert wurde. Nach seiner Aufbringung muß das ferroelektrische Keramikmaterial über seine ferroelektrische Curie-Temperatur erhitzt werden, wobei ein starkes elektrisches Gleichfeld angelegt wird. Das Material wird auf Zimmertemperatur abgekühlt, während das Feld angelegt bleibt, sodaß das ferroelektrische Keramikmaterial polarisiert wird.According to the invention, a layer 22 made of lead-zirconate-titanate is used, that has been doped with carbon. After its application, the ferroelectric Ceramic material can be heated above its ferroelectric Curie temperature, whereby a strong electric field is applied. The material is at room temperature cooled while the field remains applied, so that the ferroelectric ceramic material being polarized.
Schicht 22 aus mit Kohlenstoff dotiertem Blei-Zirkonat-Titanat wird auf Bindeschicht 20 durch Verdampfung im Vakuum und Zerstäubung unter Auflösung des Ausgangsmaterials aufgebracht. Dazu wird Blei-Zirkonat-Titanat in das Schiffchen 32 eingebracht, zusammen mit dem vorher mit den verschiedenen Schichten belegten Träger. Die Glasglocke wird, wie vorher beschrieben, evakuiert, worauf die Quelle der Gasatmosphäre und die Steuereinheit 40 zugeschaltet werden, um innerhalb der Glasglocke eine Atmosphäre einer durch Erhitzung zerlegbaren organischen Verbindung 44 in einer oxydierenden Atmosphäre zu erzeugen. Verwenden läßt sich im Prinzip jede durch Erhitzung zerlegbare organische Verbindung, die bei der Spaltung Kohlenstoff ergibt, aber das Blei-Zirkonat-Titanat nicht verunreinigt, Im Rahmen der Erfindung ist die folgende Atmosphäre besonders günstig: 50 Molprozent Trimethylamin, 50 Molprozent Dimethylamin, 10 Molprozent Argon zur Verdünnung und 2 - 5 Molprozent Sauerstoff. Anschließend wird Träger 12 auf eine Temperatur zwischen 200 OC und 300 OO erhitzt. Dann läßt man Hitze in der durch Pfeile 36 angedeuteten Richtung einwirken, um das Blei-Zirkonat-Titanat zu verdampfen. Von einer Spannungsquelle 31 wird über einen geeigneten Vorwiderstand 33 ein Potential angelegt, sodaß Schiffchen 32 mit dem Blei-Zirkonat-Titanat als Kathode und Träger 12 als Anode wirken. Die Spannung wird so eingeregelt, daß ein praktisch konstanter Stromfluß von 10 Milliampere bis 200 Milliampere je nach den Parametern des Systems (Vakuum, Abkühlung, Zeit etc.) aufrecht erhalten wird. Durch Einhaltung dieser Bedingungen ergibt sich eine kombinierte Verdampfung und Zerstäubung des Blei-Zirkonat-Titanats. Wenn eine geeignete Gasatmosphäre und die oben beschriebenen Temperaturen verwendet werden, bildet sich Schicht 22 epitaxial auf Bindeschicht 20 aus. Layer 22 of carbon-doped lead-zirconate-titanate is on binding layer 20 by evaporation in a vacuum and atomization with dissolution of the starting material applied. For this purpose, lead-zirconate-titanate is placed in the boat 32 introduced, together with the previously covered with the various layers Carrier. The bell jar is evacuated as previously described, whereupon the source the gas atmosphere and the control unit 40 can be switched on to within the Bell jar an atmosphere of an organic compound that can be decomposed by heating 44 in an oxidizing atmosphere. Can be used in principle any organic compound which can be decomposed by heating and which splits carbon results, but does not contaminate the lead-zirconate-titanate, within the scope of the invention the following atmosphere is particularly favorable: 50 mole percent trimethylamine, 50 Mol percent dimethylamine, 10 mol percent argon for dilution and 2-5 mol percent Oxygen. Subsequently, carrier 12 is brought to a temperature between 200 OC and 300 OO heated. Heat is then left in the direction indicated by arrows 36 act to evaporate the lead-zirconate-titanate. From a voltage source 31, a potential is applied via a suitable series resistor 33, so that boat 32 act with the lead zirconate titanate as the cathode and the carrier 12 as the anode. the Voltage is regulated so that a practically constant current flow of 10 milliamperes up to 200 milliamps depending on the parameters of the system (vacuum, cooling, time etc.) is maintained. Compliance with these conditions results in a combined evaporation and atomization of the lead-zirconate-titanate. If a suitable Gas atmosphere and the temperatures described above are used, forms Layer 22 epitaxially on bonding layer 20.
Nach Abscheidung der Schicht 22 wird eine Schicht 24 aus einem elektrisch leitenden, für die Strahlung "durchsichtigen" Material abgeschieden. Dieses Material bildet eine Elektrode und verhindert außerdem eine Rückstrahlung bzw. "Rückkopplung" des Lichts, das nach Abscheidung der Phosphorschicht 26 aus derselben emittiert wird. Es erwies sich als zweckmäßig eine aus Titan und Platinmohr aufgebaute Schicht abzuscheiden. After the deposition of the layer 22, a layer 24 of an electrical conductive material "transparent" for the radiation is deposited. This material forms an electrode and also prevents back radiation or "feedback" of the light which is emitted after the phosphor layer 26 has been deposited therefrom will. A layer made up of titanium and platinum black turned out to be expedient to be deposited.
Nach Abscheidung der Schicht 24 werden an Schichten 14 und 24 Leitungen angebracht und das vorher erwähnte polarisierende Feld wird angelegt.After the deposition of the layer 24, lines are made on layers 14 and 24 attached and the aforementioned polarizing Field is created.
Nach Polarisierung der ferroelektrischen Keramikschicht 22 wird eine ein Ausgangssignal erzeugende Schicht 26, beispielsweise ein sichtbares Licht emittierender Phosphor 26, abgeschieden. Es eignet sich hierzu jeder bekannte Phosphor, der Strahlungsenergie abgibt bei Erregung durch Zuführung von Energie aus Reibung, Elektronen-Bombardement, einem elektrischen Feld etc. Zu diesen Phosphoren gehören beispielsweise Zinkorthosilikat und Zinksulfid, die durch Kupfer oder Silber aktiviert werden können. Vorzugsweise handelt es sich bei Phosphor-Schicht 26 um Zinksulfid, das mit Silber aktiviert wurde. Schicht 26 kann mit einem geeigneten, an sich bekannten Verfahren aufgebracht werden, so zum Beispiel durch Verdampfung, Zerstäubung oder Abscheidung aus einer verdünnten Kaliumsilikat-Lö sung. After polarization of the ferroelectric ceramic layer 22, a an output signal generating layer 26, for example a visible light emitting Phosphorus 26, deposited. Any known phosphor, the radiation energy, is suitable for this purpose emits when excited by supplying energy from friction, electron bombardment, an electric field, etc. These phosphors include, for example, zinc orthosilicate and zinc sulfide, which can be activated by copper or silver. Preferably phosphorus layer 26 is zinc sulfide that activates with silver became. Layer 26 can be applied using a suitable method known per se be, for example, by evaporation, atomization or deposition from a diluted potassium silicate solution.
In der in den Figuren dargestellten Weise wird dann eine Spannungsquelle 28 an die elektrisch leitenden Schichten 14, 24 angeschlossen, die als Elektroden wirken und ein elektrisches Feld in der piezoelektrischen Schicht 22 und der strahlungsempfindlichen Schicht 16 erzeugen. Bekanntlich hat das Anlegen eines elektrischen Feldes an piezoelektrisches Material die Ausdehnung des Materials in Richtung einer Achse und seine Zusammenziehung in Richtung einer anderen Achse zur Folge. Das piezoelektrische Material hat ferner entgegengesetzte Ladungen an gegenüberliegenden Oberflächen, wenn das Material als Folge äußerer Kräfte Zugspannungen ausgesetzt ist, unabhängig davon, ob es sich bei diesen Kräften um mechanische oder elektrische Kräfte handelt. A voltage source is then used in the manner shown in the figures 28 connected to the electrically conductive layers 14, 24, which act as electrodes act and an electric field in the piezoelectric layer 22 and the radiation-sensitive Create layer 16. As is well known, the application of an electric field to piezoelectric Material the expansion of the material in the direction of an axis and its contraction in the direction of another axis. The piezoelectric material also has opposite charges on opposite surfaces if that material is exposed to tensile stress as a result of external forces, regardless of whether it is these forces are mechanical or electrical forces.
Es wurde festgestellt, daß die Betriebsspannungsquelle gute Ausgangssignale bei etwa 15 V liefert und eine Frequenz von einigen Hertz bis etwa 15 kHz haben kann. Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet als Bildverstärker mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 6000. It was found that the operating voltage source had good output signals at about 15 V and have a frequency of a few Hertz to about 15 kHz can. The device described above operates as an image intensifier with a gain factor from about 6000.
Mehrere Vorrichtungen der in Figur 1 dargestellten Art können erfindungsgemäß hintereinander geschaltet werden. Eine entsprechende, in Figur 3 dargestellte Anordnung umfaßt Trägerabschnitte 50, 52, 54, auf denen Schichten der beschriebenen und dargestellten Art als Einzelschichten 56 bzw. 58 bzw, 60 abgeschieden sind, Strahlung trifft in der in Figur 3 gewählten Darstellung von links in Richtung der Pfeile 80 auf. Eine Schicht aus einer eine optische Kopplung herstellenden chemischen Verbindung 62 bzw. 64 verbindet die Vorrichtungen bei guter Strahlungsdurchlässigkeit. Betriebsspannungsquellen 66, 68 und 70 sind in der oben beschriebenen Weise an jeweils eine Vorrichtung angeschlossen. Bei Verwendung einer in Figur 3 dargestellten Anordnung ergibt die von links einfallende Strahlung 80 ein Ausgangssignal von Phosphor-Schicht 56, das an Träger 52 übertragen wird und in der folgenden Einheit seinerseits ein durch Träger 54 übertragenes, verstärktes Signal liefert. Das Zusammenwirken der Verstärkungsfaktoren der einzelnen, in der in Figur 3 dargestellten Weise zusammengeschalteten Vorrichtungen ergibt einen erhöhten Verstärkungsfaktor. Several devices of the type shown in Figure 1 can according to the invention can be connected in series. A corresponding arrangement shown in FIG includes support sections 50, 52, 54 on which layers of the described and illustrated Art are deposited as individual layers 56 or 58 or 60, radiation hits in of the representation selected in FIG. 3 from the left in the direction of the arrows 80. One Layer of a chemical compound 62 which creates an optical coupling or 64 connects the devices with good radiation permeability. Operating voltage sources 66, 68 and 70 are each connected to a device in the manner described above. When using an arrangement shown in FIG. 3, the one incident from the left results Radiation 80 is an output signal from phosphor layer 56 that is transmitted to substrate 52 becomes and in the following unit in turn a transmitted by carrier 54, provides an amplified signal. The interaction of the Amplification factors of the individual devices interconnected in the manner shown in FIG results in an increased gain factor.
Die oben unter Bezugnahme auf Figuren 1 bzw. 3 beschriebenen Vorrichtungen sind sehr klein, kompakt und widerstandsfähig. Da niedere Spannungen verwendet werden und die Wahl der Frequenz der Stromquelle nicht kritisch ist, können bekannte Schaltungen zur Erzeugung der Betriebsspannung verwendet werden. Insbesondere sind keine besonderen Schutzvorkehrungen notwendig, wie bei bekannten Vorrichtungen, in denen hohe Spannungen zur Verwendung kommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich deshalb sehr zweckmäßig verwenden als Bildverstärker für Ferngläser, bei Anwendungen unter Wasser, für medizinische Zwecke wie Röntgen-Durchleuchtungen, und für andere, dem Fachmann ohne weiteres erkennbare Anwendungsgebiete. The devices described above with reference to FIGS. 1 and 3, respectively are very small, compact and robust. Because low voltages are used and the choice of the frequency of the power source is not critical, known circuits can be used can be used to generate the operating voltage. In particular, there are no special ones Protective measures necessary, as with known devices in which high voltages come to use. The device according to the invention can therefore be very useful use as an image intensifier for binoculars, for underwater applications, for medical applications Purposes such as x-ray fluoroscopy, and for others, readily apparent to those skilled in the art recognizable areas of application.
Die Effekte, die zur ausgezeichneten Bildverstärkung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung führen, sind noch nicht verstanden. Es wird angenommen, daß aus den strahlungsempfindlichen Schichten beim Einfall von Strahlung freigemachte Energie an piezoelektrische Schichten weitergegeben wird und deren Schwingungen verstärkt. Eine derart verstärkte Schwingung liefert Energie an die ein Ausgangssignal erzeugende Schicht, beispielsweise die Phosphore, wodurch Licht aus ihnen ausgesandt wird. Der genaue Energieübertragungs mechanismus ist nicht bekannt, doch ist anzunehmen, daß es sich entweder um Elektronen-Emission oder um eine mechanische Deformation handelt. Es wurden überraschende, unerwartete Ergebnisse bei Verwendung der oben beschriebenen und dargestellten Vorrichtungen erhalten. The effects that lead to excellent image enhancement in the inventive Guide device are not yet understood. It is believed that from the radiation-sensitive layers energy released by incidence of radiation is passed on to piezoelectric layers and amplifies their vibrations. An oscillation amplified in this way supplies energy to the one generating an output signal Layer, for example the phosphors, whereby light is emitted from them. The exact energy transfer mechanism is not known, however it can be assumed that it is either an electron emission or a mechanical one Deformation acts. There have been surprising, unexpected results in use of the devices described and illustrated above.
Claims (10)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19742437623 DE2437623C2 (en) | 1974-08-05 | 1974-08-05 | Device for intensifying the intensity of an image generated by radiation and method for its production |
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|---|---|---|---|---|
| DE1564365A1 (en) * | 1965-10-25 | 1969-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electroluminescent device |
-
1974
- 1974-08-05 DE DE19742437623 patent/DE2437623C2/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1564365A1 (en) * | 1965-10-25 | 1969-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electroluminescent device |
Also Published As
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| DE2437623C2 (en) | 1983-01-13 |
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