DE3313900C2

DE3313900C2 -

Info

Publication number: DE3313900C2
Application number: DE19833313900
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 7914 Pfaffenhofen De Kasper; Ulf Dr. 7900 Ulm De Koenig; Suso Dr. 7907 Langenau De Weber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-04-16
Filing date: 1983-04-16
Publication date: 1991-06-06
Also published as: DE3313900A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildverstärkerröhre mit einer auf der Innenfläche eines gläsernen Eingangsfensters ange ordneten Transmissionsfotokathode schichtförmigen Aufbaus und mit wenigstens einem zusätzlichen elektrischen Kontakt zur Abnahme eines elektrischen Steuersignals. Eine solche Bildverstärkerröhre ist aus der DE 26 45 032 A1 bekannt.The present invention relates to an image intensifier tube one on the inner surface of a glass entrance window ordered transmission photocathode layered structure and with at least one additional electrical contact for acceptance an electrical control signal. Such an image intensifier tube is known from DE 26 45 032 A1.

Aus der US-PS 37 75 636 ist eine Bildverstärkerröhre mit einer auf der Innenfläche eines Eingangsfensters aus Isoliermaterial angeordneten Fotokathode und einer außerhalb des Eingangsfensters angeordneten Steueranordnung bekannt, bei der die Steueranordnung über eine Vielzahl von Durchführungen in dem Eingangsfenster mit der Fotokathode verbunden ist. An der Steueranordnung wird ein auf die Elektronenbeschleunigung einwirkendes Steuersignal abge griffen.From US-PS 37 75 636 is an image intensifier tube with a on the inner surface of an entrance window made of insulating material arranged photocathode and one outside the entrance window arranged control arrangement known, in which the control arrangement through a variety of bushings in the entrance window the photo cathode is connected. At the control arrangement is a control signal acting on the electron acceleration grabbed.

Aus der DE 25 53 005 A1 ist eine externe, der Fotokathode vorge schaltete Regelvorrichtung mit Sensor zur Steuerung der auf die Fotokathode auftreffenden Lichtintensität bekannt. In der US-PS 40 75 654 ist eine Mehrschichtfotokathode mit mehreren elektri schen Kontakten zu ihrer Steuerung beschrieben.From DE 25 53 005 A1 an external, the photocathode is featured switched control device with sensor to control the on Known photocathode light intensity. In the US PS 40 75 654 is a multi-layer photo cathode with several electri described contacts for their control.

Restlicht-Bildverstärker (3. Generation) sind mit hochempfindli chen Fotokathoden ausgerüstet. Der durch den Lichteinfall in der Fotokathode ausgelöste Elektronenstrom wird verstärkt, z. B. 10⁴- 10⁵fach, und stark beschleunigt, z. B. mit ≈10 keV, auf einen Leuchtschirm abgebildet. Bei sehr starkem Lichteinfall, z. B. durch einen Detonationsblitz, kann dadurch die Röhre zerstört werden. Bekannte Schutzeinrichtungen messen den Elektronenstrom und regeln bei Überschreiten eines Grenzwertes die Verstärkung, z. B. die Beschleunigungsspannung, herab. Die Schutzwirkung setzt dabei mit einer zeitlichen Verzögerung ein, weil der Regelvorgang wegen der zwangsläufig notwendigen oder vorhandenen elektrischen Schaltungsglieder Zeit benötigt. Eine solche Schutzeinrichtung versagt daher oder ist gemindert bei schneller intensiver Lichteinwirkung, wie sie beispielsweise durch Blitze, Laserstrahlung usw. verursacht wird.Low light image intensifiers (3rd generation) are equipped with highly sensitive photocathodes. The electron current triggered by the incidence of light in the photocathode is amplified, e.g. B. 10 ⁴ - 10 ⁵ times, and greatly accelerated, for. B. with ≈10 keV, shown on a fluorescent screen. With very strong light, e.g. B. by a detonation flash, the tube can be destroyed. Known protective devices measure the electron current and regulate the gain when a limit value is exceeded, e.g. B. the acceleration voltage. The protective effect begins with a time delay because the control process takes time because of the inevitably necessary or existing electrical circuit elements. Such a protective device therefore fails or is reduced in the event of rapid intense exposure to light, such as is caused, for example, by lightning, laser radiation, etc.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bild verstärkerröhre der eingangs genannten Art mit einer besonders schnell reagierenden Schutzeinrichtung gegen schnelle intensive Lichteinwirkungen anzugeben. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.The present invention has for its object an image amplifier tube of the type mentioned with a particularly fast reacting protective device against to indicate fast intense light effects. This object is achieved according to the invention by the features of Characteristic of claim 1 solved.

Durch die beschriebene Erzeugung eines Steuersignals zur Regelung des von der Fotokathode ausgehenden Fotokathodenstroms wird eine Absenkung dieses Stromes zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt er reicht, da das Steuersignal von der einfallenden Strahlung ausge löst wird, bevor diese die Fotokathode erreicht und mit zeitli cher Verzögerung einen Elektronenstrom auslöst. Andererseits entsteht dieses Steuersignal aber unmittelbar an oder in der Röhre, so daß kurze Leitungswege und damit geringe Kapazitäten erreicht werden können. Through the described generation of a control signal for regulation of the photocathode current emanating from the photocathode becomes one Lowering this current at the earliest possible time he is sufficient because the control signal is emitted by the incident radiation is solved before it reaches the photocathode and with time delay triggers an electron current. On the other hand this control signal arises directly on or in the Tube, so that short lines and thus low capacities can be achieved.

Der Lichtstrom selbst, anstelle des durch ihn ausgelösten Elektronenstroms, wird somit als Steuersignal für den Einsatz der Schutzeinrichtung gewählt. Bei III/V-Halblei ter-Fotokathoden folgt der Elektronenstrom dem Lichtpuls mit einer zeitlichen Verzögerung τ, bedingt durch die Diffusion der Elektronen zur Oberfläche.The luminous flux itself, instead of the one it triggers Electron current, is thus used as a control signal for the Use of the protective device selected. With III / V half lead ter photocathodes, the electron current follows the light pulse with a time delay τ due to the Diffusion of the electrons to the surface.

Anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten bevorzug ten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt. DieBased on the preferred exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the invention is explained in more detail below. The

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Die Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of the invention. The

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Glasträger des Eingangsfensters einer Bildverstärkerröhre mit einer sektorförmigen, als Kontakt wirkenden Elektrode. Die FIG. 2 shows a plan view of the glass carrier of the input window of an image intensifier tube with a sector-shaped electrode acting as a contact. The

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Seitenansicht schema tisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbei spiels. Die Fig. 3 shows a perspective side view schematically the structure of a game Ausführungsbei invention. The

Fig. 4 zeigt eine schematische Aufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform und die FIG. 4 shows a schematic top view of the embodiment shown in FIG. 3 and FIG

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels. Fig. 5 is a schematic cross section of the embodiment shown in Fig. 4.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Steuerschicht 2 durch Dotieren einen p-n-Übergang, wobei die hoch p-dotierte Zone 22 mit einem Dotierungsgrad von ≈1 · 10¹⁹/cm³ der aktiven Zone 3 benachbart ist und die niedriger n-dotierte Zone 21≈10¹⁷/cm³ dem Glasträger 1 benachbart ist. Bei Belichtung mit der Strahlung 6 wird ein Teil der Lichtquanten am p-n-Übergang nach dem Prinzip der Fotodiode absorbiert. Der entstehende Fotostrom wird über die Kontakte 23, 24 der Steuerschichten 21 und 22 abgegriffen, z. B. als Steuerspannung U. Bei Überschrei tung eines Grenzwertes von U wird eine Schutzeinrichtung ausgelöst, z. B. in bekannter Weise durch Erniedrigen der Beschleunigungsspannung. Das Auslösen der Schutzeinrich tung erfolgt gegenüber den bekannten Methoden, wie Aus lösen durch Elektronenstrom, um die oben erklärte Verzöge rungszeit τ schneller. Ein verbesserter Schutz gegenüber schnellen Lichteinwirkungen ist somit gewährleistet. Mit 3 ist die aktive Fotokathodenschicht und mit 4 eine Cäsie rungsschicht bezeichnet.As shown in Fig. 1, the control layer 2 contains, by doping a p-n junction, wherein the highly p-doped zone 22 cm ³ of the active zone is adjacent 3 with a doping level of ≈1 x 10 ¹⁹ / and the lower n-doped Zone 21≈10 ¹⁷ / cm ³ is adjacent to the glass support 1 . When exposed to radiation 6 , part of the light quanta is absorbed at the pn junction according to the principle of the photodiode. The resulting photocurrent is tapped via the contacts 23, 24 of the control layers 21 and 22 , e.g. B. as a control voltage U. If a limit value of U is exceeded, a protective device is triggered, for. B. in a known manner by lowering the acceleration voltage. The protection device is triggered compared to the known methods, such as triggering by electron current, by the delay time τ explained above. This ensures improved protection against fast exposure to light. With 3 , the active photocathode layer and 4 with a Caesization layer is designated.

Im einzelnen wird die erfindungsgemäße Steuerschicht 2 mit der p-dotierten Zone 22 und der n-dotierten Zone 21 zweck mäßig wie folgt hergestellt bzw. angeordnet.In detail, the control layer 2 according to the invention with the p-doped zone 22 and the n-doped zone 21 is expediently produced or arranged as follows.

Bekannterweise wird bei der Herstellung einer Transmis sionsfotokathode 3 ein Glasträger 1, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, mit einem Halbleiterkörper 5 verbunden und mit einem elektrischen Kontakt 27 (Fig. 4 und 5) versehen. Zusätzliche Arbeitsschritte nach dem vorgeschlagenen Verfahren sind die Herstellung der zweigeteilten Schutz schicht 2 mit den Zonen 21 und 22 und die Herstellung der zusätzlichen Metallkontakte 231, 241 und 242.As is known, in the production of a transmission photocathode 3, a glass substrate 1 , as shown in FIGS . 2 and 3, is connected to a semiconductor body 5 and provided with an electrical contact 27 ( FIGS. 4 and 5). Additional steps according to the proposed method are the production of the two-part protective layer 2 with the zones 21 and 22 and the production of the additional metal contacts 231, 241 and 242 .

Die Herstellung des in Fig. 3 gezeigten Halbleiterkörpers 5 erfolgt zweckmäßig durch das bekannte Flüssigphasen epitaxie-Verfahren. Auf eine GaAs-Substratscheibe von z. B. 20 mm Durchmesser (hier nicht gezeigt, weil anschließend wieder entfernt) wird eine p-dotierte, z. B. mit 10¹⁹/cm³ Zn-dotierte Schicht 3, die aktive Schicht, von z. B. 2,5 µm Dicke, anschließend eine p-dotierte, z. B. mit 10¹⁹/cm³ Zn-dotierte Ga_0,5Al_0,5As-Schicht 22 von etwa 1 µm Dicke und anschließend eine n-dotierte (10¹⁷/cm³ Te) Ga_0,5Al_0,5As- Schicht 21 von beispielsweise 5 µm Dicke epitaktisch abge schieden.The semiconductor body 5 shown in FIG. 3 is expediently produced by the known liquid phase epitaxy method. On a GaAs substrate wafer of e.g. B. 20 mm diameter (not shown here, because then removed again) is a p-doped, z. B. with 10 ¹⁹ / cm ³ Zn-doped layer 3 , the active layer of z. B. 2.5 microns thick, then a p-doped, z. B. with 10 ¹⁹ / cm ³ Zn-doped Ga _0.5 Al _0.5 As layer 22 of about 1 micron thickness and then an n-doped (10 ¹⁷ / cm ³ Te) Ga _0.5 Al _0.5 As layer 21 of, for example, 5 µm thick, deposited epitaxially.

Dann erfolgt das Aufbringen eines Silberfilms 241, zweck mäßig mit einer Dicke von etwa 0,2 µm durch Aufdampfen mittels einer Sektorblende auf einen Glasträger 1 z. B. aus Corning 7056 von z. B. 30 mm Durchmesser und etwa 3 mm Dicke.Then there is the application of a silver film 241 , appropriately with a thickness of about 0.2 microns by vapor deposition by means of a sector aperture on a glass substrate 1 z. B. from Corning 7056 from z. B. 30 mm in diameter and about 3 mm in thickness.

Dann wird der Halbleiterkörper 5 mit dem Glasträger 1 in bekannter Weise unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperaturen verbunden. Durch die Temperaturbehandlung entsteht dabei ein gut leitender Kontakt zwischen der elektrisch leitenden Kontaktschicht 241 und der schicht förmigen Halbleiterzone 21.Then the semiconductor body 5 is connected to the glass carrier 1 in a known manner using pressure and elevated temperatures. The temperature treatment results in a highly conductive contact between the electrically conductive contact layer 241 and the layer-shaped semiconductor zone 21 .

Durch Aufdampfen von Chrom in einer Dicke von z. B. 0,1 µm, Kupfer in einer Dicke von z. B. 1 µm und Gold in einer Dicke von z. B. 0,1 µm durch eine Maske, z. B. mit dem in Fig. 4 gezeigten Muster entsteht dadurch die auch in üblichen Fotokathoden vorhandene Kontaktschicht 27 zur aktiven Schicht 21. Der schichtförmige Kontaktfinger 231 stellt den elektrischen Kontakt zur stark p-dotierten Halbleiterschichtzone 22 her. Die metallene Schicht 242 verstärkt den offen auf dem Glasträger 1 liegenden Teil der Kontaktschicht 241. By vapor deposition of chrome in a thickness of e.g. B. 0.1 microns, copper in a thickness of z. B. 1 micron and gold in a thickness of z. B. 0.1 microns through a mask, for. B. with the pattern shown in FIG. 4, this results in the contact layer 27 also present in conventional photocathodes to the active layer 21 . The layered contact finger 231 makes electrical contact with the heavily p-doped semiconductor layer zone 22 . The metal layer 242 reinforces the part of the contact layer 241 which is open on the glass carrier 1 .

Nach dem Einbau der Fotokathode in eine Bildverstärker röhre werden die Kontaktschichten 231 und 242 z. B. mit einem Meßwiderstand von beispielsweise 10 KΩ verbunden, an dem dann die Spannung U abfällt. Überschreitet dieser Spannungsabfall U am Meßwiderstand beispielsweise den Grenzwert von 100 mV, so werden Schutzmaßnahmen, z. B. Absenken der Beschleunigungsspannung, zwischen Fotokathode und Anode unter Verwendung bekannter Schaltungselemente ausgelöst, die ein übermäßiges Anwachsen des Fotokathoden stromes bzw. Auftreffen desselben mit zu hoher Energie auf den Leuchtschirm oder den Vielkanal-SE-Verstärker der Bildverstärkerröhre verhindern.After installing the photocathode in an image intensifier tube, the contact layers 231 and 242 z. B. connected to a measuring resistor of, for example, 10 KΩ, at which the voltage U then drops. If this voltage drop U across the measuring resistor exceeds, for example, the limit value of 100 mV, protective measures, e.g. B. lowering the acceleration voltage, triggered between the photocathode and anode using known circuit elements that prevent excessive growth of the photocathode current or impingement of the same with excessive energy on the fluorescent screen or the multi-channel SE amplifier of the image intensifier tube.

Claims

1. Image intensifier tube with a on the inner surface of a glass input window ( 1 ) arranged transmission photocathode ( 3, 4 ) layered structure and with at least one electrical contact for receiving an electrical control signal, characterized in that on the input window ( 1 ) and before the trans mission photocathode ( 3, 4 ) at least one with two electrical contacts ( 23, 24 ) provided, optically partially transparent control layer ( 2, 21, 22 ) is provided, which follow a semiconductor layer ( 21, 22 ) with a large-area pn junction contains which generates the control signal (U) which can be picked up at the contacts ( 23, 24 ) as a function of the optical radiation ( 6 ) acting on it.

2. Image intensifier tube according to Claim 1, characterized in that the control signal (U) which can be tapped at the contacts ( 23, 24 ) serves to limit the photocathode current emerging from the transmission photocathode ( 3, 4 ) by influencing the acceleration voltage, in the event of excessive radiation.

3. Image intensifier tube according to claim 1 or 2, characterized in that the control layer ( 2, 21, 22 ) is arranged between the trans mission photocathode ( 3, 4 ) and the input window ( 1 ) on the inner surface of the input window ( 1 ).