DE2945156C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen strahlungsempfindlichen Bildspeicherschirm für eine Bildaufnahmeeinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.

Ein derartiger strahlungsempfindlicher Bildspeicherschirm ist aus der US-PS 39 65 385 bekannt. Darin ist eine Bildaufnahmeröhre mit Elektronenkanone und Target gezeigt, wobei das Target aus einer in einem metallischen Ring gehalterten Halbleiterscheibe aufgebaut ist. Auf die eine, der einfallenden Strahlung zugewandte Seite dieser Halbleiterscheibe ist eine lichtdurchlässige und leitfähige erste Schicht und auf die andere Seite eine dielektrische und lichtempfindliche, insbesondere aus amorphem oder polykristallinem Silizium hergestellte zweite Schicht aufgebracht. Das von der einfallenden Strahlung auf der lichtdurchlässigen Schicht erzeugte Bild wird fotoelektrisch umgewandelt und als Ladungsmuster in der dielektrischen Schicht gespeichert. Die gespeicherten Ladungen werden anschließend mit einem Abtast-Elektronenstrahl als Bild ausgelesen.

Eine wichtige Anforderung an die fotoempfindliche zweite Schicht besteht darin, daß das Ladungsmuster nicht aufgrund von Diffusionseffekten innerhalb der Speicherzeit, d. h. innerhalb des Zeitintervalls verschwindet, in dem ein bestimmtes Bildelement vom Elektronenstrahl abgetastet wird. Für die fotoempfindliche Schicht werden dementsprechend Materialien verwendet, deren spezifischer Widerstand zumindest 10⁹ Ω · cm beträgt, neben Siliziummaterialien beispielsweise auch hoch-ohmige Halbleiter wie Chalkogengläser auf der Basis von Sb₂S₃, PbO oder Se. Bei Verwendung eines Materials, wie z. B. eines Silizium-Einkristalls, des­ sen spezifischer Widerstand niedriger als der genannte Wert ist, muß die Oberfläche der fotoempfindlichen Schicht auf der Abtastseite des Elektronenstrahls mosaikförmig unterteilt sein, um das Verschwinden des Ladungsmusters zu verhindern. Eine derartige Schichtstruktur ist jedoch nur über einen komplizierten Arbeitsprozeß zu erzielen. Herkömmliche Halbleitermaterialien mit sehr hohem spezifischen Widerstand sind jedoch für Bildaufnahmeeinrichtungen nur bedingt geeignet, da sie eine hohe Fangstellen- oder Trapdichte aufweisen, wodurch der Durchgang der bei der Belichtung des Substrats erzeugten Ladungsträger behindert wird. Dadurch kann das gespeicherte Ladungsbild beim Auslesevorgang, d. h. bei Abtastung mittels des Elektronenstrahls, nicht vollständig und rasch genug abgebaut werden, so daß eine lange Abklingverzögerung und Nachbild­ erscheinungen auftreten. Die Dichte der Fangstellen wirkt sich weiterhin nachteilig auf die Empfindlichkeit des Bildspeicherschirms aus, da die Reichweite der fotogenerierten Ladungsträger umso kleiner ist, je mehr Fangstellen vorhanden sind.

Aus der Literaturstelle Solid State Commun., Vol. 24, 1977, S. 867-869 sind wasserstoffhaltige Schichten aus amorphem Si _x Ge_1-x mit 0 x 1 und 18% Wasserstoff bekannt. Dieser Literaturstelle lassen sich aber keine Hinweise im Hinblick auf die Verwendung dieser Schichten bei Bildspeicherschirmen entnehmen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Bildspeicherschirm nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so weiterzubilden, daß er bei ausreichend langer Speicherzeit eine hohe Empfindlichkeit, eine kurze Nachbildzeit und ein hohes Auflösungsvermögen aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildspeicherschirms;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Anordnung für die Herstellung eines amorphen Siliziumfilmes;

Fig. 5 ein Elektronenmikroskop, in dem der erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Bildspeicherschirm Verwendung findet;

Fig. 6 eine Röntgenstrahlfluoreszenz-Multiplierröhre, in der der erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Bildspeicherschirm für Bildverstärker mit direkter Umwandlung Anwendung findet; und

Fig. 7 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines Bildspeicherschirms für Elektronenstrahlbeschuß.

Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Schirmes, der mit einem einfachen Verfahren herstellbar ist, wird nachstehend näher erläutert.

Der erfindungsgemäße Schirm läßt sich zur Aufnahme von Infrarotstrahlung, sichtbarer Strahlung, Elektronenstrahlen usw. verwenden, die der Einfachheit halber in der nachstehenden Beschreibung kurz als "Strahlung" bezeichnet werden.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Bildspeicherschirm und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1. Eine Ohm'sche Elektrode 21 ist auf einem Teil eines aus Silizium bestehenden ein- oder polykristallinen Substrats 20 angeordnet. In der nachstehenden Beschreibung werden beide Substratarten einfach als "Silizium-Kristallsubstrat" bezeichnet. Erforderlichenfalls kann die Elektrode auch auf der gesamten Oberfläche des Siliziumkristallsubstrats auf der Seite vorgesehen sein, auf der die Strahlung eintritt. Es ist jedoch wünschenswert, daß die Elektrodenschicht in Form eines Ringes an der Umfangskante des Siliziumkristallsubstrats angeordnet ist, um zu vermeiden, daß sie Strahlung, wie z. B. Licht und Elektronenstrahlung, absorbiert. Auf der Seite des Siliziumkristallsubstrats 20, die der Seite gegenüberliegt, auf welcher die Strahlung eintritt, ist eine amorphe Siliziumschicht 22 ausgebildet, die Wasserstoff und Ge enthält. Diese amorphe Siliziumschicht hat üblicherweise einen höheren elektrischen Widerstand als das Siliziumkristallsubstrat und ist als Ladungsspeicherschicht eines Photosensors in Speicherbetriebsart geeignet. Bei dem hier beschriebenen strahlungsempfindlichen Schirm wird die Energie der einfallenden Strahlung durch das Siliziumkristall­ substrat 20 absorbiert und erzeugt Ladungsträger, die in die amorphe Siliziumschicht 22 injiziert und in ihrer Oberfläche gespeichert werden, um ein Ladungsmuster zu bilden. Dieses Ladungsmuster kann in Form von elektrischen Signalen durch Ladungs-Leseeinrichtungen abgenommen werden, beispielsweise durch die Abtastung mittels eines Elektronenstrahls wie in einer Bildaufnahmeröhre.

Die Dicke des von der einfallenden Strahlung getroffenen Teiles des Siliziumkristallsubstrats 20 hängt von der Verwendung des strahlungsempfindlichen Schirmes ab. Ein Wert zwischen 5 und 30 µm ist zur Aufnahme eines Bildes von sichtbarem Licht oder schnellen Elektronenstrahlen, ein Wert zwischen 30 und 100 µm zur Aufnahme von Strahlung im Infrarotbereich geeignet. Wenn die ein­ fallende Strahlung Licht ist, ist es möglich, das Silizium­ kristallsubstrat auf einer lichtdurchlässigen Trägerplatte 10 auszubilden. Fallen jedoch Elektronenstrahlen ein, muß das Siliziumkristallsubstrat eine selbsttragende Anordnung bilden, um zu vermeiden, daß eine Verringerung oder Verschlechterung des Durchlässigkeitsfaktors aufgrund der Trägerplatte eintritt. Die mechanische Festigkeit des Substrats muß dazu erhöht werden, indem man ein ringförmiges dickes Teil vorsieht, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Im allgemeinen ist ein Wert von 200 bis 300 µm für die Dicke dieses dickwandigen Bereiches geeignet.

Die Wasserstoff und Germanium enthaltende amorphe Siliziumschicht 22 wird günstigerweise mit einer Dicke von etwa 1 bis 10 µm ausgebildet. Unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der kapazitiven Verzögerung, wie sie bei Bildaufnahmeröhren auftritt, ist es wünschenswert, daß der Wert der Schichtdicke hoch ist. Ist die Schicht jedoch zu dick, wird der Durchgang der injizierten Träger schwierig. Infolgedessen steigt das erforderliche elektrische Feld an, und die Schwierigkeiten bei der Verwendung des strahlungsempfindlichen Schirmes nehmen zu. Der Wasserstoffgehalt im amorphen Silizium beträgt erfindungsgemäß 5 bis 40 Atom-%. Wenn die Wasserstoffdichte unterhalb des angegebenen Bereiches liegt, wird der spezifische Widerstand der amorphen Siliziumschicht niedriger als 10¹⁰ Ω · cm, und ihre Eignung als photoleitender Schirm einer in Speicherbetriebsart arbeitenden Bildaufnahmeröhre nimmt ab. Wenn die Wasserstoffdichte über den angegebenen Grenzwert ansteigt, wird die Differenz des spezifischen Widerstandes der amorphen Siliziumschicht gegenüber dem Siliziumkristallsubstrat so beträchtlich, daß die Wirksamkeit, mit der die im Siliziumkristallsubstrat erzeugten Ladungsträger in die amorphe Siliziumschicht injiziert werden, unter Verringerung der Empfindlichkeit abnimmt.

Der Wasserstoffgehalt des amorphen Siliziums und die entsprechenden Eigenschaften hinsichtlich der Empfindlichkeit, des Auflösungsvermögens und des Abblätterns sind in der nach­ stehenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Die Anmelderin stellte fest, daß ein amorphes Si- Material, das Wasserstoff enthält, folgende Vorteile besitzt und damit außerordentlich günstig zur Verwendung bei Bildaufnahmeschirmen ist. (1) Das amorphe Material kann ohne weiteres auf einen hohen spezifischen Widerstandswert von mindestens 10¹⁰ Ω · cm gebracht werden, indem man den Wasserstoffgehalt einstellt oder steuert. (2) Darüber hinaus sind, da die Zahl der als Haftstellen und Rekombinations­ zentren wirkenden und damit den Durchgang der photogenerierten Träger hemmenden Traps klein ist, das Auftreten von Nachbildern gering und die Abklingverzögerungseigenschaften gut. Ein spezifischer Widerstand in der Größenordnung von 10¹⁴ Ω · cm wird in der Praxis die obere Grenze sein. Derartige Eigenschaften lassen sich auch in denjenigen Fällen feststellen, in denen Germanium sowie andere Fremdstoffe, z. B. Kohlenstoff, Bor oder Phosphor in dem amorphen Si-Material enthalten sind, das Wasserstoff enthält. Wenn Kohlenstoff enthalten ist, steigt der spezifische Widerstand des amorphen Materials an, und wenn Germanium enthalten ist, sinkt er ab. Insbesondere Germanium ist geeignet, das spektrale Ansprechverhalten zu steuern, so daß erfindungs­ gemäß in dem Wasserstoff enthaltenden amorphen Si-Material Germanium in einer Menge von 10 bis 50 Atom-% gegenüber dem Silizium enthalten ist.

Bor und Phosphor sind als Dotierstoffe geeignet, die Leitfähigkeit des amorphen Materials in Richtung einer p-Leitung bzw. n-Leitung zu verändern. Diese Dotierstoffe werden geeigneterweise in einer Konzentration von 1 · 10^-3% bis 1% verwendet, um den jeweiligen Erfordernissen Rechnung zu tragen.

Etwas Sauerstoff ist während der Herstellung des amorphen Materials vorhanden.

Da an der Oberfläche des strahlungsempfindlichen Schirmes der hier beschriebenen Anordnung, die von einem Elektronenstrahl abzutasten ist, aufgrund der Sekundärelektronen, die durch das Bombardement mit dem Abtastelektronenstrahl erzeugt werden, oder aufgrund der Injektion des Abtastelektronenstrahles der Dunkelstrom erhöht wird, wird diese Oberfläche zweckmäßigerweise mit einem dünnen Film 23 aus einem geeigneten Material überzogen. Geeignete Materialien für derartige Strahlauffangschichten 23 sind insbesondere CeO₂ oder, wie grundsätzlich bekannt, AS₂Se₃ (vgl. IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-21, Nr. 11, 1974) und Sb₂S₃ (vgl. DE-OS 23 33 283). Besonders ein dünner poröser Film aus Sb₂S₃, der mit einer Dicke von ungefähr 100 nm aufgedampft ist, weist gute Eigenschaften auf.

Die Vorteile der Erfindung sind im wesentlichen folgende:

• 1. Aufgrund der amorphen Siliziumschicht 22, die zusätzlich Wasserstoff und Germanium in den genannten Konzentrationen enthält, als Ladungsspeicherschicht mit hoher Auflösung, ist es nicht erforderlich, eine mosaikartige Anordnung auszubilden, um die seitliche Diffusion der Ladungen auf der Elektronenstrahl-Abtastseite zu verhindern, wie es bei anderen Siliziumtargets der Fall ist. Dementsprechend wird der strahlungsempfindliche Schirm hinsichtlich seines Aufbaus vereinfacht.
• 2. Gleichzeitig wird das Auflösungsvermögen verbessert.
• 3. In den Fällen, in denen Licht intensiv einfällt, tritt bei herkömmlichen Siliziumtargets oft eine als Überstrahlung oder "blooming" bezeichnete Bilddiffusion auf, und zwar aufgrund eines Kurzschlusses zwischen den Bildelementen, der durch die Diffusion von Ladungen hervorgerufen wird. Beim Target der hier beschriebenen Anordnung tritt weder ein derartiger Effekt noch ein Nachbild aufgrund von intensivem Lichteinfall auf.
• 4. Der strahlungsempfindliche Schirm der hier beschriebenen Art erfordert kein tragendes Substrat oder Halterungselement, wie die herkömmlichen Schirme, und kann als selbsttragende Anordnung ausgebildet werden. Er läßt sich daher als strahlungsempfindlicher Schirm nicht nur für optische Bilder, sondern auch für Strahlungsbilder von Elektronenstrahlen oder dergleichen verwenden.
• 5. Die Kapazität des strahlungsempfindlichen Schirmes ist nicht durch die Kapazität eines p-n-Überganges, wie bei herkömmlichen Aufnahmeröhren mit Siliziumtarget, sondern durch die Kapazität des amorphen Siliziumfilmes bestimmt. Die kapazitive Verzögerung kann daher durch geeignete Wahl der Dicke des amorphen Siliziumfilmes verringert werden.
• 6. Da über dem Siliziumkristallsubstrat die gleichartige amorphe Siliziumschicht liegt, ist die Bindung zwischen diesen beiden Lagen besser als bei der Anbringung jeder anderen photoleitenden Schicht.
• 7. Die amorphe Siliziumschicht 22 kann durch Zersetzung von Siliziumoxid mittels einer Glimmentladung, durch Zerstäubung von Silizium in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre, durch Elektronenstrahlverdampfung oder dergleichen hergestellt werden. Diese Verfahren sind bekannt und problemlos zu handhaben.

Bevor konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen zunächst einige dieser Verfahren zur Herstellung von amorphem Material, wie es erfindungsgemäß Anwendung findet, erläutert werden. Ein typisches Verfahren ist hierbei das Sputtern oder die Kathodenzerstäubung.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Anordnung für diese Reaktionszerstäubung. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet ein Gefäß, das auf ein Vakuum abgepumpt werden kann, das Bezugszeichen 102 ein Zerstäubungstarget, das Bezugszeichen 103 ein Probensubstrat, das Bezugszeichen 104 einen Verschluß, das Bezugszeichen 105 einen Eingang eines Zerstäubungs-Hochfrequenzoszillators, das Bezugszeichen 106 eine Heizeinrichtung zum Beheizen von Substraten, das Bezugszeichen 107 wasserführende Kühlrohre für die Substrate, das Bezugszeichen 108 einen Einlaß zum Einführen von Wasserstoff hoher Reinheit, das Bezugszeichen 109 einen Einlaß zum Einführen von Gas, wie z. B. Argon, das Bezugszeichen 110 Gasbehälter, das Bezugszeichen 111 Druckmeßgeräte, das Bezugszeichen 112 ein Vakuummeßgerät und das Bezugszeichen 113 einen Einlaß in ein Evakuierungssystem.

Das Zerstäubungstarget 102 kann durch Ausschneiden von geschmolzenem Silizium erhalten werden. Im Falle von amorphem Material, das Silizium und Germanium und ggf. auch Kohlenstoff enthält, wird ein Target verwendet, das die drei Arten von Elementen der vierten Gruppe in Kombination aufweist. In diesem Falle wird das Target zweckmäßigerweise so vorbereitet, daß man beispielsweise eine Scheibe Graphit und Germanium auf einem Siliziumsubstrat anordnet. Durch geeignete Wahl des Flächenverhältnisses zwischen dem Silizium, dem Germanium und dem Kohlenstoff kann die Zusammensetzung des amorphen Materials gesteuert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, umgekehrt eine Siliziumscheibe auf einem Kohlenstoffsubstrat anzuordnen. Ferner kann das Target auch so aufgebaut werden, daß man beide Materialien nebeneinander anordnet oder eine Schmelze der entsprechenden Zusammensetzung verwendet.

Wenn Silizium Si, das beispielsweise Phosphor P, Arsen As oder Bor B enthält, als Target zur Zerstäubung verwendet wird, steht ein derartiges Element als Dotierstoff zur Verfügung. Mit diesem Verfahren kann ein amorphes Material mit beliebigem Leitfähigkeitstyp, d. h. als n-leitendes oder p-leitendes Material hergestellt werden. Außerdem kann der Widerstandswert des Materials durch Dotieren mit einem derartigen Fremdstoff variiert werden. Auch hohe spezifische Widerstandswerte in der Größenordnung von 10¹³ Ω · cm lassen sich realisieren. Bei einer derartigen Dotierung mit Fremdstoffen kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei dem Diboran oder Phosphin mit einem Edelgas gemischt werden.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung wird eine Hochfrequenzentladung in einer Argon-Atmosphäre ausgelöst, die Wasserstoff H₂ in verschiedenen Mischungsverhältnissen enthält, um das Si, das Ge und den Graphit zu zerstäuben und sie auf dem Substrat aufzubringen. Auf diese Weise erhält man eine dünne Schicht. Der Druck der Wasserstoff enthaltenden Argonatmosphäre kann einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereiches aufweisen, in dem die Glimmentladung aufrechterhalten werden kann. Üblicherweise liegt er ungefähr zwischen 0,13 und 133 Pa (10^-3 und 1 Torr). Der Druck des Wasserstoffs kann im Bereich zwischen 0,013 und 13 Pa (10^-4 und 10^-1 Torr) liegen, wobei in einem günstigen Fall der Partialdruck des Wasserstoffs 2 bis 50% beträgt. Die Temperatur des Probensubstrats kann so gewählt werden, daß sie in einem Bereich zwischen Raumtemperatur und 300°C liegt. Temperaturen von etwa 150°C bis 250°C sind am besten geeignet. Der Grund besteht darin, daß bei zu niedrigen Temperaturen die Einführung von Wasserstoff in das amorphe Material schwierig ist, während bei zu hohen Temperaturen der Wasserstoff leicht aus dem amorphen Material emittiert wird. Der Wasserstoffgehalt wird durch Steuerung des Partialdrucks des Wasserstoffs in der Argonatmosphäre gesteuert. Falls die Menge an Wasserstoff in der Atmosphäre zwischen 5 und 20% liegt, kann ein Gehalt von 10 bis 30 Atom-% im amorphen Material realisiert werden. Im Hinblick auf andere Zusammensetzungen wird der Partialdruck des Wasserstoffs unter der Vorgabe eingestellt, die grob durch dieses Verhältnis gegeben ist. Hinsichtlich der Wasserstoffkomponente in dem später erhaltenen Material wurde das durch Beheizen erhaltene Wasserstoffgas durch Massenspektrometrie gemessen.

Statt Argon kann als Atmosphäre auch ein anderes Edelgas, wie z. B. Krypton Kr, verwendet werden.

Bei der Herstellung eines Filmes mit hohem spezifischen Widerstand ist eine bei niedriger Temperatur und hoher Geschwindigkeit arbeitende Zerstäubungsanordnung der Magnetronbauart günstig.

Bei einem zweiten Verfahren zur Herstellung eines amorphen Si-Materials mit H oder C findet eine Glimmentladung Anwendung. Setzt man SiH₄ einer Glimmentladung aus, wird diese Substanz zersetzt, so daß sich die sie bildenden Elemente auf einem Substrat niederschlagen. Im Falle eines amorphen Materials, das Si und C enthält, kann eine SiH₄ und CH enthaltende Gasmischung verwendet werden. Hierbei wird der Druck dieser Gasmischung auf einem Wert zwischen 0,1 und 5 Torr gehalten. Die Glimmentladung kann entweder durch das Gleichspannungs-Vorspannungsverfahren oder durch das Hochfrequenz- Entladungsverfahren aufgebaut werden. Durch Veränderung des Verhältnisses der Gaskomponenten SiH₄ und CH₄, kann das Verhältnis von Silizium und Kohlenstoff gesteuert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Es zeigt zur Verdeutlichung des Herstellungsprinzips das Aufbringen einer amorphen Si-Schicht mit einem H-Gehalt von 25 Atom-%.

Auf der Umfangskante eines Glassubstrats 10 mit einer Dicke von 2,5 mm und einem Radius von 13 mm ist eine ringförmige Elektrode 21 ausgebildet. Die Elektrode besteht aus Chrom und hat eine Dicke von 500 nm. Andererseits wird ein kreisförmiger Siliziumkristall mit einer Dicke von 200 µm und einem Radius von 11 mm in einem Bereich mit einem Innendurchmesser von 20 mm mit Flußsäure und Salpetersäure auf eine Dicke von 15 µm heruntergeätzt. Dabei kann Apiezonwachs in zufriedenstellender Weise als Maske für den Ätzvorgang verwendet werden. Der so präparierte Siliziumkristall 20 wird mit einer Silberpaste auf der Elektrode 21 befestigt.

Anschließend wird der dabei entstandende Glaskörper in einer Zerstäubungsanordnung aufgebaut. Die Anordnung ist von der Art, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert worden ist. Unter einem Argondruck von 0,65 Pa (5 · 10^-3 Torr) und einem Wasserstoffpartialdruck von 0,13 Pa (1 · 10^-3 Torr) wird Silizium durch Zerstäubung aufgebracht. Die Frequenz beträgt 13,56 MHz und die Eingangsleistung 300 W. Als Ergebnis kann ein amorpher Siliziumfilm 22 mit einem Wasserstoffgehalt von 25 Atom-% und einer Dicke von 3 µm gebildet werden. Ferner wird ein Sb₂S₃-Film 23 als Strahlauffangschicht verdampft und auf dem amorphen Siliziumfilm in Argon unter einem Druck von 5 · 10^-2 Torr mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet.

Auf diese Weise kann ein strahlungsempfindlicher Schirm zur photoelektrischen Umwandlung hergestellt werden.

Dieser strahlungsempfindliche Schirm wurde als Target in eine Bildaufnahmeröhre eingebaut und die Eigenschaften der Röhre überprüft. Dabei wurden als gute Ergebnisse eine Empfindlichkeit von 0,1 µA/lux gegenüber weißem Licht, eine Grenzauflösung von 900 TV-Linien, eine Abklingverzögerung von weniger als 1 Sekunde, ein Nachbild von 9% und das Nichtauftreten eines Überstrahlungseffektes bei einer Targetspannung von 30 V erhalten. Das spektrale Ansprechverhalten der Bildaufnahmeröhre hatte einen Peak bei einer Wellenlänge von 1,1 µm und stimmte im wesentlichen mit dem des Siliziumkristalls überein.

Auch wenn eine polykristalline Siliziumplatte als Substrat verwendet wird, können ähnliche Effekte hinsichtlich der Ladungsspeicherung in der amorphen Siliziumschicht erreicht werden. Lediglich der Vollständigkeit halber soll darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung einer Einkristallplatte jedoch insofern vorzuziehen ist, als die Gleichmäßigkeit in einem Bild nicht durch die Korngrenzen beeinträchtigt wird.

Beispiel 2

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel erläutert werden, bei dem der erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Schirm zum Empfang von Elektronenstrahlen verwendet wird. Fig. 5 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Elektronenkanone, die Bezugszeichen 62, 63 und 64 bezeichnen eine Kondensorlinse, eine Objektivlinse und eine Projektionslinse. All diese Bestandteile entsprechen denen eines herkömmlichen Elektronenmikroskops. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet eine Probe, das Bezugszeichen 70 das Endbild dieser Probe. Der strahlungsempfindliche Schirm 65 gemäß der Erfindung wird in der Position des Endbildes eingebaut. Auf diese Weise werden im strahlungsempfindlichen Schirm gespeicherte Ladungen als elektrische Signale durch eine Elektronenstrahlabtasteinrichtung wie in der Bildaufnahmeröhre abgenommen.

Der strahlungsempfindliche Schirm ist folgendermaßen aufgebaut: Bei einem kreisförmigen Siliziumkristall mit einer Dicke von 200 µm und einem Radius von 11 mm ist ein Bereich mit einem Innendurchmesser von 20 mm auf eine Dicke von 5 µm heruntergeätzt. Auf der Rückseite des Siliziumkristalls ist eine amorphe Si-Ge-Legierung 10 Atom-% Ge unter Verwendung einer Sputteranordnung der Magnetronbauart mit einer Dicke von 2 µm aufgebracht. Der Argondruck während der Zerstäubung betrug 1 Pa (8 · 10^-3 Torr) und der Wasserstoff-Partialdruck betrug 0,4 Pa (3 · 10^-3 Torr). Außerdem wurde ein CeO₂-Film auf der amorphen Si-Ge-Legierung in Argon unter einem Druck von 9,3 Pa (7 · 10^-2 Torr) mit einer Dicke von 50 nm aufgebracht.

Eine Elektronenstrahlabtasteinrichtung wie bei einer Bildaufnahmeröhre ist auf der Seite des Wasserstoff enthaltenden amorphen Si-Ge-Filmes des obigen strahlungsempfindlichen Schirmes angeordnet. Das Siliziumkristallsubstrat 67 sowie der Wasserstoff enthaltende amorphe Silizium-Germanium-Film 68 ist auf einer Signalelektrode 66 angebracht, die aus einer ringförmigen Metallplatte besteht. In dem sich ergebenden Bildaufnahmeteil dient die Metallplatte 66 als Basisplatte, und der die Elektronenstrahlabtasteinrichtung enthaltende Behälter ist abgedichtet.

Mit Bezugsziffer 69 ist eine Abtast-Elektronenkanone dargestellt. Das Innere des Rohres wird auf einen Druck von 0,66 mPa (5 · 10^-6 Torr) evakuiert, und mit einer Beschleunigungsspannung von 180 kV auf der Siliziumkristalloberfläche 67 von schnellen Elektronenstrahlen ein Bild 70 erzeugt. Die Seite mit der CeO₂-Oberfläche wird mit der Elektronenkanone mit einem Elektronenstrahl niedriger Geschwindigkeit abgetastet. Die dabei erhaltene Stromverstärkung beträgt 5 · 10³. Damit ergibt sich, daß sich der vorliegende strahlungsempfindliche Schirm auch als Elektronen-Vervielfacher-Target verwenden läßt.

Beispiel 3

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der strahlungsempfindliche Schirm gemäß der Erfindung für das Elektronen-Bombardement-Target einer Röntgenstrahlfluoreszenz- Multiplierröhre verwendet wird.

Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Röntgenstrahlfluoreszenz-Multiplierröhre. Mit Ausnahme eines Ausgangsteiles entspricht sie im wesentlichen einer herkömmlichen Anordnung. Ein Eingangsschirm ist im Inneren eines Gehäuses 19 angeordnet, wobei das Gehäuse im wesentlichen aus Glas oder dergleichen besteht. Der Eingangsschirm ist so aufgebracht, daß ein Eingangs- Leuchtschirm 12 auf einem Substrat 11, das normalerweise aus Aluminium oder Glas besteht, und daß eine photoelektrische Schicht 13 auf dem Eingangsleuchtschirm 12 ausgebildet ist. Für den Eingangsleuchtschirm 12 dienen Caesiumjodid oder ähnliche Alkalihalogenide als Ausgangssubstanz, in der üblicherweise Na, Li, Tl oder dergleichen als Aktivator enthalten sind. Normalerweise hat der Eingangsleuchtschirm eine Dicke von ungefähr 100 bis 500 µm. Im allgemeinen ist die photoelektrische Schicht 13 eine Schicht auf der Basis von Caesium und Antimon mit einer Dicke von ungefähr 1 µm oder weniger.

Eine Anode 16 und das Elektronen-Bombardement-Target 14 sind im Inneren des Gehäuses 19 auf der Ausgangsseite angeordnet. Ferner ist eine Fokussierelektrode 17 im Inneren des Gehäuses 19 so vorgesehen, daß sie sich längs der Seitenwand erstreckt. Im Inneren des Gehäuses 19 wird selbstverständlich ein Vakuum gehalten. Außerdem ist eine Elektronenkanone 15 oder dergleichen als Einrichtung zum Abnehmen der gespeicherten Ladungen gegenüber dem Elektronen-Bombardement-Target 14 angeordnet. Die Elektronenkanone kann eine herkömmliche Elektronenkanone in der Bauart für ein Vidicon sein.

Beim hier beschriebenen Anwendungsbeispiel läßt man Photoelektronen, die genauso wie bei der herkömmlichen Röntgenstrahlfluoreszenz-Multiplierröhre erzeugt werden, unter Einwirkung der Fokussierelektrode auf das Elektronen-Bombardement-Target auftreffen, wo sie direkt in elektrische Signale umgewandelt werden.

Fig. 7 zeigt den Aufbau des Elektronen-Bombardement-Targets 14 im Schnitt. Das Target ist normalerweise kreisförmig. Eine Ohm'sche Elektrode 21 ist auf einem Teil eines einkristallinen oder eines polykristallinen Si-Substrats 20 angeordnet. Diese Elektrode ist in Form eines Ringes auf der Umfangskante des Siliziumkristallsubstrats vorgesehen, um zu vermeiden, daß eine Absorption von Elektronenstrahlen durch diese Elektrodenschicht erfolgt. Auf der Rückseite des Siliziumkristallsubstrats 20, der Eingangsoberfläche gegenüberliegend, ist eine amorphe Halbleiterschicht aus amorphem Silizium, das Germanium und Wasserstoff enthält, ausgebildet.

Da an der Oberfläche des Targets der hier beschriebenen Anordnung auf der Elektronenstrahl-Abtastseite der Dunkelstrom aufgrund der Erzeugung von Sekundärelektronen durch das Bombardement mit dem Abtastelektronenstrahl oder aufgrund der Injektion des Abtastelektronenstrahles erhöht wird, ist sie zweckmäßigerweise mit einem dünnen Film 23 aus einem geeigneten Material überzogen. Derartige Materialien sind Sb₂S₃, CeO₂, As₂Se₃ etc., wobei insbesondere ein dünner poröser Film aus Sb₂S₃, der mit einer Dicke von ungefähr 100 nm aufgedampft ist, gute Eigenschaften zeigt.

Das Elektronen-Bombardement-Target wird nachstehend im Zusammenhang mit einem konkreten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ein kreisförmiger Siliziumkristall mit einer Dicke von 200 µm und einem Radius von 11 mm wird in einem Bereich mit einem Innendurchmesser von 20 mm auf eine Dicke von 5 µm heruntergeätzt. Auf der Rückseite des Siliziumkristalls ist eine amorphe Si-Ge-Legierung, bei der der Anteil des Ge 10 Atom-% betrug, unter Verwendung einer Zerstäubungsanordnung der Magnetronbauart in einer Dicke von 2 µm durch Zerstäubung aufgebracht. Der Argon-Druck während des Zerstäubungsvorganges beträgt 1,1 Pa (8,5 · 10^-3 Torr), der Wasserstoff-Partialdruck 0,4 Pa (3 · 10^-3 Torr). Ein CeO₂-Film wird auf der Si-Ge-Legierung in Argon unter einem Druck von 9,3 Pa (7 · 10^-2 Torr) mit einer Dicke von 52 nm aufgebracht.

Eine Elektronenkanone 15 in Vidiconbauart ist dem Elektronen-Bombardement-Target gegenüberliegend angeordnet, wobei ein externer Anschluß 18 an die Elektrode 21 angeschlossen ist. Die Targetspannung beträgt beispielsweise ungefähr 30 V.

Auf diese Weise wird ein Bildverstärker mit direkter Umwandlung hergestellt, der einen Eingangs-Leuchtstoff-Film, eine photoelektrische Schicht und ein Elektronen- Bombardement-Target besitzt. Wenn eine Gleichspannung von 25 kV zwischen der photoelektrischen Schicht (Kathode) und der Anode und eine Gleichspannung von 100 bis 200 V an die Fokussierelektrode angelegt wird, kann das Röntgenstrahlbild in Form von Videosignalen abgenommen werden. Der Umwandlungskoeffizient beträgt 200 cd/m²/mR/S und das Auflösungsvermögen 5,0 l_p/mm. Somit weist der Röntgenstrahlbildverstärker gemäß der Erfindung höhere Werte hinsichtlich der Empfindlichkeit und des Auflösungsvermögens auf als ein herkömmliches Gerät.

Gemäß der Erfindung wird somit ein strahlungsempfindlicher Schirm angegeben, der ein kristallines Siliziumsubstrat, das sich auf der Seite der einfallenden Strahlung befindet, und einen amorphen Siliziumfilm aufweist, der Wasserstoff und Germanium in der im Anspruch 1 genannten Konzentration enthält und sich auf der Seite des Substrats befindet, die der einfallenden Strahlung gegenüberliegt. Der erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Schirm kann mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden und ein hohes Auflösungsvermögen erreichen. Der Schirm läßt sich als Target für eine Bildaufnahmeröhre, als Elektronen-Bombardement-Target einer Röntgenstrahlfluoreszenz- Multiplierröhre und ähnliche Anwendungszwecke einsetzen.

Claims (5)

1. Strahlungsempfindlicher Bildspeicherschirm für eine Bildaufnahmeeinrichtung, bei dem auf der von der einfallenden Strahlung abgewandten Seite eines Siliziumkristallsubstrats (20) ein amorpher Siliziumfilm (22) angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• (a) der amorphe Siliziumfilm (22) enthält zwischen 5 und 40 Atomprozent Wasserstoff, und
• (b) 10 bis 50 Atomprozent des Siliziums im amorphen Siliziumfilm (22) sind durch Germanium ersetzt.

2. Bildspeicherschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des amorphen Siliziumfilms (22) 1 µm bis 10 µm beträgt.

3. Bildspeicherschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des kristallinen Siliziumsubstrats (20) 5 µm bis 30 µm beträgt.

4. Bildspeicherschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des kristallinen Siliziumsubstrats (20) 30 µm bis 100 µm beträgt.

5. Bildspeicherschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlauffangschicht (23) aus Sb₂S₃, CeO₂ oder As₂Se₃ auf dem amorphen Siliziumfilm angeordnet ist.