DE2505678C3 - Lesematrix - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lesematrix, insbesondere Lochkartenleser, mit nach Art eines Kreuzschienenverteilers matrixförmig angeordneten Leiterbahnen (Zeilenleiter, Spaltenleiter), wobei je ein Zeilenleiter mit je einem Spaltenleiter über eine einen sperrenden Übergang liefernde Halbleiter Schicht aus Se, Te oder Se.Tei., und eine mit der Halbleiter-Schicht in Reihe liegende Fotoleiter-Schicht verbunden ist und Isolatorschichten verwendet werden.

Ein optoelektronischer Kreuzschienenverteiler dieser Art ist aus der DT-OS 23 49 233 bekanntgeworden. Dabei dient die Halbleiter-Schicht als Gleichrichter, sie stellt durch Entkopplung des Leiterwerkes sicher, daß die abgetasteten Speicherpunkte nur bei Beleuchtung Signale abgeben und damit Falschsignale vermieden werden. In den Ausführungsbeispielen der zitierten Offenlegungsschrift sind die K-Leiter und die Fotoleiter voneinander beabstandet auf ein Substrat aufgetragen und durch einen dünnen Halbleiter-Film überbrückt. Es ist klar, daß eine solche konstruktive Lösung mit langen Strompfaden im Halbleiter keine optimalen Diodencharakteristiken schaffen kann.

Neben derart räumlich auseinandergezogenen Koppelelementen sind auch bereits kompaktere Mehrschicht-Gleichrichter für Informationsspeicher diskutiert worden, und zwar in der Kombination Titan-Titanoxid-Platin bzw. Palladium (R. Vogel »Untersuchungen an polykristallinen Halbleitern in Dünnfilmtechnik«, BBC-Nachrichten, Jg. 49, 1967, Seiten 541 bis 547). Mit einer solchen Formgebung können wohl gute Sperrverhältnisse in den Dioden erzielt werden, die zur Verfügung stehenden Metalle sind jedoch hochschmelzend und verlangen komplizierte Aufbringtechniken (Einsatz einer Elektronenstrahlkanone, Aufdampfen bei Drücken unter 10~⁶ Torr, Kühlung des Substrats, Plasmaoxidation oder elektrolytische Oxidation mit nachfolgendem Formieren).

Besonders günstige Diodenkennlinien, insbesondere einen sehr geringen Durchlaßwiderstand, würde man zweifellos erhalten, wenn Leiter, Halbleiter und Fotoleiter in einer Sandwich-Technik mit einer nur wenige μίτι dicken Halbleiter-Zwischenschicht aufgebaut werden könnten. In der Praxis führt eine solche Halbleiter-Integration jedoch, wie Versuche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ergeben haben, bei noch vertretbarem Aufwand zu keinen befriedigenden Ergebnissen. So besteht zunächst bei einer im Vergleich zu normalen Selen-Gleichrichtern sehr dünnen Se (Te, Se,-Tei.»)-Schicht von nur einigen μηι gegenüber einigen hundert μπι Dicke immer die Gefahr von Spannungsdurchbrüchen, die zu Stromspitzen im Sperrstrom führen und die Gleichrichterwirkung in kurzer Zeit zerstören können. Außerdem enthält eine dünne aufgedampfte Schicht bekanntlich Löcher (sogenannte »pinholes«), die einen direkten Kontakt zwischen Leiter und Fotoleiter herstellen, somit einen ohmschen Nebenschluß zur Diode bilden und im Ergebnis das Sperrverhältnis verschlechtern. Wenn das Auftreten von »pinholes« bei der Fertigung von Einzel-Dioden noch hingenommen werden könnte, so ergibt sich bei der Dioden-Vielzahl einer Lesematrix eine untragbar hohe Ausschußrate. Die genannten Löcher könnten nur mit einem gewissen Aufwand (Vermeidung von Staubpartikeln, sorgfältige Oberflächenbearbeitung des Substrats) auf ein erträgliches Maß reduziert werden.

Zur Schaffung einer Lesernatrix mit verbesserten, wenig streuenden Dioden-Charakteristiken, insbesondere mit geringeren Dioden-Durchlaßwiderständen, die dabei keine Fertigungsprobleme aufgibt und sich für eine Massenproduktion mit hoher Ausbeute eienet. wird

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bei einer Matrix der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich der Zeilenleiter und die Fotoleiter-Schicht räumlich überlappen und sich zwischen dem Zeilenleiter und der Halbleiterschicht eine isolierende Zwischenschicht (Isolierschicht) befindet. Die Dicke dieser Schicht ist dabei so eingestellt, daß im Betrieb der Matrix die Durchbruchsfeldstä ke der Isolierschicht in Durchlaßrichtung des Übergangs überschritten ist und in Sperrichtung des Übergangs unterschritten bleibt.

Bei fotoelektrischen Halbleiterelementen als Einzelelement ist zws-.r die Anordnung einer Isolationszwischenschicht bekannt, doch lediglich in Verbindung mit Zinnoxyd bzw. Zinndioxid.

Die erfindungsgemäß vorgesehene und bemessene Isolationsschicht verhindert Spannungsdurchbrüche, da sie in Sperrichtung einen Teil der Sparnung zwischen Zeilenleiter und Fotoleiter aufnimmt. Sie deckt weiterhin die »pinholes« ab und verringert somit den ohmschen Nebenschluß. Darüber hinaus bietet die hier vorgeschlagene Matrix-(Speicher-)ausführung noch einen wesentlichen Vorzug: Bislang war man für den Zeilenleiter auf Werkstoffe angewiesen, die mit Selen (oder Tellur oder einer aus diesen Elementen bestehenden Legierung) chemisch nicht reagieren. So sind in der bereits eingangs genannten Offenlegungsschrift in Verbindung mit einer Te-Legierung als Leiterelektroden nicht optimal leitende Legierungen auf Al-, Au-, Ni- und Sn-Basis genannt. Das als Leitermaterial an sich sehr günstige Silber kommt hierfür nicht in Frage, da die Verbindung am Übergang Ag-Se, wie sich herausstellte, bei Raumtemperaturen schon nach wenigen Tagen aufreißt, d. h., das Koppelelement wird unkontrolliert hochohmiger bis der elektrische Kontakt schließlich vollkommen verlorengeht.

Bei einem erfindungsgemäßen Speicher kann nun Silber verwendet werden, da es mit der Halbleiter-Schicht nicht mehr in direktem Kontakt steht. Insgesamt ergibt sich somit eine Lesematrix, deren Dioden ein gleichmäßig und vor allem auch langzeitlich gutes Verhalten zeigen; Ausschüsse oder Ausfälle sind infolgedessen nicht mehr zu befürchten.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Isolierschicht besteht zweckmäßigerweise aus SiO, SiCh, MgF₂, LiF, AI2O3 oder Kryolith. Die Isolierschichtstoffe werden dabei aufgedampft.

Da man nicht vollkommen ausschließen kann, daß das Selen durch die Isolierschicht hindurchdiffundiert und somit Se-Spuren doch noch an den Zeilenleiter gelangen, könnte als Zeilenleitermaterial Gold genommen werden, wenn man allerhöchsten Ansprüchen an die Langzeitstabilität der Dioden genügen will. Langzeitversuche haben nämlich ergeben, daß Gold mit Selen chemisch nicht reagiert.

Der vorgeschlagene Speicher kann überall dort eingesetzt werden, wo über Licht eingegebene information gespeichert oder umgesetzt werden soll, also ganz allgemein bei der Programmsteuerung, speziell etwa zur Programmierung von Telefonwahlautomaten in einem automatischen Rufnummerngeber.

Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lochkartenlesers, in einer teilweise weggebrochenen Draufsicht,

Fig.2 den Lochkartenleser der Fig. 1 in einem teilweise weggebrochenen Seitenschnitt 11-11,

F i g. 3 und 4 eine zweite bzw. dritte Lochkartenleser-Ausführung nach der Erfindung, in einem teilweise weggebrochenen Seitenschrntt längs eines Spaltenleiters.

Der Lochkartenleser der Fig. 1 besteht im einzelnen aus einem Glas- oder Keramik-Substrat (Unterlage) 1, auf dem eine Anzahl Spaltenleiter 2 und Zeiienleiter 3 aufgebracht ist. Jeder Zeilenleiter überschneidet jeden Spaltenleiter in je einem Kreuzungspunkt 4 und ist im Bereich dieses Kreuzungspunktes über eine in Reihe mit einem Fotoleiter geschaltete Diode verbunden. Der genaue Aufbau dieser einzelnen Verbindungszweige geht aus F i g. 2 hervor: Eine dem Substrat aufgebrachte Fotoleiter-Schicht 6 wird an ihrer einen Randzone von einem Spaltenleiter 2 und an ihrer dem Spaltenleiter gegenüberliegenden Randzone von einer Halbleiter-Schicht 7 übergriffen. Dieser Halbleiter-Schicht ist eine Isolatorschicht 8 und der Isolatorschicht wiederum ein Zeilenleiter 3 aufgetragen. Beide Leiter sind dort, wo sie andere Schichten überlappen, verbreitert (vergleiche Fig. 1). Im vorliegenden Fall besteht die Fotoleiter-Schicht 6 aus CdS, CdSe, CdS_xSe,., oder PbS₁ die Halbleiter-Schicht aus Se, Te oder Se»Tei-_A, der Zeilenleiter 3 aus Ag und der Spaltenleiter aus In. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Zuordnung der Leiter als Zeilen- bzw. Spaltenleiter selbstverständlich vertauschbar ist.

Die geschilderte Ausführung wird zweckmäßigerweise folgendermaßen hergestellt: Auf ein beispielsweise aus »Ker 223« oder Al₂O₃ bestehendes Substrat wird eine Matrix aus Fotoleiter-Schichten (Fotowiderständen) im Vakuum aufgedampft und vorzugsweise nach einem Pulversensibilisierungsverfahren sensibilisiert. Die Fotowiderstände sind so angeordnet, daß sie sich beispielsweise mit den Lochungen einer Standardlochkarte oder einer anderen Lochkarte decken. Daraufhin werden die Spaltenleiter in Form von Leiterbahnen, die Halbleiter-Schichten und die Isolierschichten aufgedampft. Die Spaltenleiter versieht man an jedem Kreuzungspunkt mit einer Isolierschicht und dampft schließlich die ebenfalls bahnförmigen Zeilenleiter auf. Für die Spaltenleiter ist dabei ein Metall gewählt, das mit dem Fotowiderstand einen ohmschen Kontakt bildet, die Zeilenleiter sind ebenfalls metallisch, sie ergeben mit dem Halbleiter einen sperrenden Kontakt.

Eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Speichers (F i g. 3) ist so aufgebaut, daß als Unterlage eine Monokornfolie dient. Diese Folie 1 enthält Fotowiderstände 6 aus sensibilisiertem fotoempfindlichen Material in Kristallitform. Der einen Folienseite ist ferner ein strahlungsdurchlässiges Muster von parallelen Streifen (Spaltenleiter 2) aus einem Metall oder einem Leitglas, beispielsweise SnO₂, aufgedampft. Beide Materialien ergeben auf den Fotowiderständen, beispielsweise CdS, CdSe, CdS₁Sd., oder PbS, einem ohmschen Kontakt. Als Metalle kommen hierfür In, Ga oder Al in Frage. Auf der anderen Folienseite sind den einzelnen Fotowiderständen jeweils Halbleiter-Schichten 7, diesen Schichten wiederum Isolierschichten 8 und den Isolierschichten schließlich ein Zeilenleiter-Muster aufgedampft. Die Fotowiderstände liegen als Monokristallite vor, sie haben etwa eine Größe von 60 μ. Bei dieser Ausführung können die sonst bei Leiter-Kreuzungspunkten erforderlichen Isolierschichten entfallen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt Fig.4. In diesem Fall ist einem Glassubstrat 1 zunächst ein Muster von parallelen Streifen aus einem Leitglas, wie

beispielsweise Nesa oder SnC>2, als Spaltenleiter-Muster aufgedampft. Über das Streifenmuster aus Leitglas ist ein Muster aus CdS, CdSe, CdS_xSe,.,, PbS oder einer anderen fotoempfindlichen Schicht aufgebracht, das durch Thermodiffusion oder ein anderes Verfahren sensibilisiert wird. Im rechten Winkel zu den Leitglasstreifen ist auf die fotoempfindlichen Schichten ein Muster aus einer einen sperrenden Kontakt bildenden Halbleiter-Isolator-Metall-Kombination aufgedampft. Eine solche Matrixversion wird durch das Substrat hindurch, d. h. von der Rückseite her beleuchtet. Wollte man die Vorderseite bestrahlen, so hat die Halbleiter-Isolator-Metall-Kombination strahlendurchlässig zu sein; dabei können das Substrat aus Keramik und der zweite Leiter beispielsweise aus Au sein. Bei Bedarf könnte man auch beide Seiten transparent gestalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

/ i Patentansprüche:

1. Lesematrix, insbesondere Lochkartenleser, mit nach Art eines Kreuzschienenvertei! natrixförmig angeordneten Leiterbahnen (Zeil citer, Spaltenleiter), wobei je ein Zeilenleiter mit je einem Spaltenleiter über eine einen sperrenden Übergang liefernde Halbleiter-Schicht aus Se, Te oder Se ,Teι , und eine mit der Halbleiter-Schicht in Reihe liegenden Fotoleiter-Schicht verbunden ist und Isolaiorschichten verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zeilenleiter (3) und die Fotoleiter-Schicht räumlich überlappen und sich zwischen dem Zeilenleiter (3) und der Halbleiter-Schicht (7) eine isolierende Zwischenschicht (weitere Isolatorschicht 8) befindet, deren Dicke derart bemessen ist, daß im Betrieb der Lesematrix die Durchbruchsfeldstärke der Isolatorschicht (8) in Durchlaßrichtung des Übergangs überschritten ist und in Sperrichtung des Übergangs unterschritten bleibt.

2. Lesematrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht (8) aus einem der Werkstoffe SiO, SiO₂, MgF₂, LiF, AI₂O₃ oder Kryolith besteht.

3. Lesematrix nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenleiter (3) aus Ag besteht.

4. Lesematrix nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenleiter (3) aus Au besteht.

5. Lesematrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenleiter (2) und Zeilenleiter (3), die Fotoleiter-Schicht (6), die Halbleiter-Schicht (7) und gegebenenfalls die Isolatorschicht (8) auf einem Substrat (1) aufgedampft sind, wobei jeweils die Fotoleiter-Schicht (6) auf ihrer einen Randzone von einem der Spaltenleiter (2) und auf ihrer gegenüberliegenden Randzone von einer der Halbleiter-Schichten (7), diese Halbleiter-Schicht von der Isolatorschicht (8) und diese Isolatorschicht von einem der Zeilenleiter (3) übergriffen werden.

6. Lesematrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoleiter-Schicht (6) dem Substrat (Monokornfolie 1) als Kristallit eingebracht ist und daß die Spaltenleiter (2) als strahlungsdurchlässige Streifen der einen Folienseite und die Halbleiter-Schichten (7), die Isolatorschichten (8) sowie die Zeilenleiter (3) der anderen Folienseite aufgedampft sind.

7. Lesematrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenleiter (2) und das Substrat (1) oder/und die Halbleiter-Schicht (7), gegebenenfalls die Isolatorschicht (8) sowie die Zeilenleiter (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material bestehen und daß die Fotoleiter-Schicht (6), die Halbleiter-Schicht (7) und die Isolatorschicht (8) den beiden Leitern (2, 3) am Ort ihres Kreuzungspunktes (4) zwischengeordnet sind.