DE2442276A1

DE2442276A1 - Elektrooptischer wandler

Info

Publication number: DE2442276A1
Application number: DE2442276A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr Gudden; Herbert Prof Dr Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1976-03-25
Also published as: GB1516128A; FR2284184B1; US4048502A; FR2284184A1

Description

Elektrooptischer Wandler

Die Erfindung betrifft elektrooptische Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei ist auszugehen von Anordnungen, die, etwa wie eine Gamma-Kamera nach der DT-OS 2 055 824 in einem Vakuumkolben, ein mit einem Alkalimetall versehenes Bauelement umfassen sowie pinen Detektor, dessen wesentlicher Bestandteil ein aus halbleitendem Stoff bestehendes Bauelement ist.

Anordnungen der vorgenannten Art sind etwa Gamma-Kameras, Elektronenvervielfacher etc., bei denen an einer Alkalimetall Fotokathode Elektronen ausgelöst werden. Diese Elektronen werden anschließend in einem halbleitenden Bauelement in elektrische Signale umgesetzt. Bei diesen Anordnungen ist es nachteilig, daß Halbleiter von Alkalimetallen, wie sie in Fotokathoden verwendet werden, also etwa von Kalium oder Cäsium, angegriffen und in ihren Eigenschaften verändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrooptischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs

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das Halbleiterbauelement unempfindlich gegenüber Alkalimetallen zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebene Maßnahme gelöst.

Durch die Belegung der freien Oberflächen des aus einem Halbleiter, etwa einem Halbleiterelement, und/oder Halbleiteroxid etc. bestehenden Teiles mit Polyimid wird eine elektrisch
isolierende Schicht auf der Oberfläche des Halbleiters erhalten, die keine Beeinträchtigung der Wirkung des Halbleiters
verursacht und den Zutritt von Alkalimetallen zum Halbleiter verhindert. So ist vermieden, daß sich auf dem Halbleiter Oberflächenladungen ausbilden, die unter dem Einfluß leicht elektrisch leitende Schichten in der" Halbleiteroberfläche hervorrufen, welche die Funktion des Bauelementes entscheidend beeinträchtigen. Außerdem werden im Polyimid Alkalimetalle gebunden, etwa über einen Mechanismus, bei dem man Nebenbindungen annehmen darf oder in Form fester Lösungen. Damit wird aber
das Alkalimetall an der Einwirkung auf den Halbleiter bzw.
das Halbleiteroxid etc. gehindert und es kann keine geschlossene leitfähige Alkalimetallschicht entstehen.

Die zu schützende Oberfläche kann etwa mit einem Lack bestrichen werden, der Polyimid enthält. Diese Beschichtung kann dann, soweit erforderlich, durch Erwärmen ausgehärtet werden. D:.e so entstehende elektrisch isolierende Schicht hindert Alkaliatome, eine zusammenhängende elektrisch leitende Schicht zu
bilden, sowie durch den Kunststoff bis zum Halbleiter zu
diffundieren.

Für die Erzeugung von nur teilweisen, d.h. unterbrochenen,Abdeckungen, wie sie für Kontaktierungen und Freilegung aktiver Gebiete benötigt werden bzw. zweckmäßig sein können, kann man

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von der sog. Fotoresist-Technik Gebrauch machen bzw. von der Möglichkeit, den Kunststoff durch Fotovernetzung für eine spätere Behandlung unangreifbar zu machen. Bei beiden Verfahren wird nach Abdichtung durch eine Maske mit entsprechend v/irksamem Licht der Kunststoff an den erwünschten Stellen so beeinflußt, daß er später mit Lösungs- oder Ätzmitteln behandelt, im ersten Fall an den belichteten Stellen löslich wird und im zweiten Fall an den unbelichteten Stellen löslich bleibt. Bei Verwendung geeigneter Abdeckmasken kann so jede gewünschte Struktur erhalten werden.

Die Dicke der lackschichten kann in weiten Grenzen schwanken, weil es an sich nur auf eine dichte Abdeckung ankommt. Schichten, die dünner als 5/um, etwa 0,1 bis 1 /um stark sind, weisen den Vorteil auf, daß sie Elektronen mit Energien höher als einige kV durchlassen. Bei den genannten dünnen Schichten kann unter Umständen, etwa bei Benutzung ausreichend beschleunigter Elektronen, die ganze aktive Fläche einheitlich mit der Schutzschicht abgedeckt werden. Man erhält so z.B. in einer Gamma-^TIamera einwandfreien Schutz des verwendeten Halbleiters gegen die Einwirkung von Alkalimetall, welches auf die Fotokathode aufgedampft werden muß, wenn der Kolben schon endgültig und vollständig auch mit dem den Halbleiter umfassenden Fauelement bestückt ist. Dabei können mit der Beschichtung auch andere am Halbleiterteil angebrachte, etwa elektrisch aktive Schichten, wie Kontaktierungen, Elektroden, Isolierschichten etc.,bedeckt werden. ·

Vorteile und Merkmale dar Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

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In der Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen Bildverstärker gezeichnet, der in seinem Vakuumkolben neben einer Alkalimetall enthaltenden Fotokathode ein erfindungsgemäß abgedecktes Halbleiterelement enthält und

in der Fig. 2 das schematische Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung, die zum Betrieb des in der Fig. 1 dargestellten Bildverstärkers geeignet ist.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Bildverstärker bezeichnet, in. dessen gläsernem Eolben 2 sich am eingangsseitigen Ende eine Fotokathodenschicht 3 befindet, die bei dem dargestellten Wandler aus Antimon besteht und mit Cäsium aktiviert ist. Daran schließen sich ringförmige, konzentrisch zur Kathode 3 liegende Elektroden 4, 5 und 6 sowie eine Anode 7 an. Die Anode ist mit einer Halbleiterplatte 8, einer als Detektor dienenden Halbleiterstruktur abgeschlossen, die am ausgangsseitigen Fenster 9 des Kclbens 2 liegt. Vor dem Eingangsfenster 10 ist mit einer Kopplungsschicht 11 aus SilikonöT eine Lichtleiteranordnung 12 angebracht, an deren freiem Ende mit einer weiteren, ebenfalls aus Silikonöl bestehenden Kopplungsschicht 13 ein Szintillationskristall 14 angeschlossen ist. Das Silikonöl kann auch durch andere Kopplungsmedien, wie den bekannten optischen Kitten, ersetzt sein.

Mit Gamma-Strahlern markierte Organe werden im vorliegenden Beispiel mit Hilfe eines Perallellochkollimators 14' auf den Kristall 14 abgebildet. Durch Pfeile 15 angedeutete Gammastrahlen durchdringen die Bohrungen des Kollimators 14' und werden im Szintillationskristall 14 unter Aussendung von Licht absorbiert. Das entstehende Licht wird über die als Lichtleiter

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wirkenden Glasstäbe 12 auf die Fotokathode 3 überführt und löst dort Elektronen aus. Mittels der Elektroden 4 bis 7 werden die Elektronen in bekannter Weise elektronenoptisch auf die Halbleiterplatte 8 abgebildet. Diese ist ah ihrer der Kathodenschicht zugewandten Seite mit einer Schicht 16 aus Polyimid bedeckt, die dünner als 5/um ist. An dieser Seite der Platte 8 und von der Schicht 16 mit bedeckt sind außerdem Elektrodenstreifen 17 angebracht. Die gegenüberliegende Seite der Platte 8 ist mit streifenförmigen Elektroden 17' versehen. Die der Kathode 3 zugewandten Elektroden 17 bestehen aus p-diffundierten Streifen, die am Ende mit Aluminium kontaktiert sind. Dazwischen ist die Vorderfläche mit einer Siliziumdioxid-Schicht (SiO₂) bedeckt. Die dem Endfenster 9 zugewandten Streifen 17', deren Richtung gegenüber dem Streifen 17 um 90° gedreht ist, bestehen aus aufgedampftem Aluminium.

An der Halbleiterplatte 8, die bei obigem Ausführungsbeispiel· aus η-Typ Silizium besteht, etwa 300/u dick ist und einen Durchmesser von ca. 30 mm hat und die zusammen mit. den Elektroden 17 und 17' die Halbleiterstruktur des Bildverstärkers 1 darstellt, löst der jeweilige, von den Strahlen 15 ausgelöste und mittels der die Elektroden 3 bis 7 umfassenden Elektronenoptik des Bildverstärkers abgebildete Elektronen^eck nur in einzelnen Streifen, die in Fig. 2 ausschnittsweise zu sehen sind, Elektron-Lochpaare aus, die zur Lokalisierung gesammelt werden. Die von dem Elektronenfleck getroffenen Kreuzungen der Elektrodenstreifen 17 und 17' wirken hierbei als-Oberflächensperrschichtdetektoren im Sinne von Zähldioden.

Die Bestimmung des Auftreffortes eines Eiektronenfleckes bzw. dessen Zentrums erfolgt in an sich bekannter Weise durch analoge Schwerpunktsbildung. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 nur einige der wirklich vorhandenen Elektrodenstreifen gezeichnet, die jeweils über hochohmige

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Widerstände mit der zugehörigen Spannungsquelle 34 verbunden sind. ¥ie in Fig. 3 gezeichnet, werden in den Streifen 18 bis 22 und den quer dazu liegenden Elektrodenstreifen 23 bis 27 die von einem Elektronenbündel 45 gebildeten Elektron-Lochpaare gesammelt und in 1adungsempfindlichen Torverstärkern 18' bis 22' bzw. 23' bis 27' zu weiterverarbeitbaren Signalen verstärkt. Die Signale X., die jeweils den i-ten Streifen 18 bis 22 zugeordnet sind, und deren Höhe dem Anteil der an der einen Seite gesammelten Ladungsträger aus dem Elektronenfleck 45 entspricht, werden in einem Koordinaten-Netzwerk 28 entsprechend der Lage des zugehörigen Elektrodenstreifens bewichtet. . i ist die Zahl der fortlaufenden Zählung der Streifen und χ bedeutet die x-Koordinate. Bei der Bewichtung wird dem Si-■ gnal χ ^ mit Hilfe eines Spannungsteilers aus den Widerstän- ! den 35 bis 44 ein Faktor a^ aufgeprägt. Durch geeignete Wahl der Widerstände 35 bis 44 stellen die Bewichtungsfaktoren a. diskrete Koordinatenwerte der jeweiligen Streifen i in x-Richtung dar. Als geeignete Wahl sind hier Widerstände verwendet, die Spannungsteiler ergeben, deren Verhältnis dem a- entspricht und sich zu i/i_m _Ύ ergibt. Dabei ist i die laufende und i die größte vorhandene Zahl der Streifen. Außerdem sind die Summen beider Widerstände jedes Spannungsteilers gleich.

Die bewichteten Signale a.x. werden in einem Summenverstärker auf summiert. Man erhält ein Signal 2— ^a-j_^x^j ^aus cLem dann nach Division im Quotientenbildner 31 durch das im Summenverstärker30 erhaltene Summensignal aller unbewichteten Signale χ. ein nor-

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miertes Ortssignal X = —-£=£■— folgt.

Das X-Signal und das in entsprechender Weise mit Hilfe der Riickseitenkontaktstreifen 23 bis 27 im Koordinatennetzwerk 33 (identisch 28) gebildete Y-Signal werden in vorliegendem Beispiel auf das Abbildungselement 32 eines XT-Oszilloskops ge-

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geben und mit einem Z-Signal hellgetastet, das durch Impulshöhendiskriminierung des unbewichteten Summensignals 2_. χ. im Einkanaldiskriminator 46 gewonnen wird. Damit wird im XY-Diagramm der Schwerpunkt des auf die Halbleiterplatte auftreffenden Elektronenbündels und damit der ursprüngliche Absorptionsort des Gamma-Quants einer bestimmten Energie-im Szintillationskristall dargestellt. ■

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Claims

Patentansprüche

ί 1.)Elektrooptischer Wandler, der in einem Yakuumkolben ein Bauteil mit einem Alkalimetall und ein solches mit einem Halbleiter umfaßt, dadurch. gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiters wenigstens teilweise mit einer Schicht aus Polyimid bedeckt ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer mit elektrisch aktiven Teilen versehenen Halbleiterstruktur auch die den Halbleiter wenigstens teilweise bedeckenden Oxid- und/oder"Metallteile etc. mit einer Polyimidschicht überdeckt sind.
3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht dünner als 100 /um, insbesondere dünner als 5/um, ist.
4. Wandlor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung 0,1 bis 1 /um stark ist.
5. Verwendung eines Wandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Gamma-Kamera.

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