DE3342707A1

DE3342707A1 - Bildaufnahmeroehre

Info

Publication number: DE3342707A1
Application number: DE19833342707
Authority: DE
Inventors: Tadaaki Koganei Hirai; Yoshinori Kanagawa Imamura; Sachio Tokyo Ishioka; Akio Mobara Maruyama; Saburo Nobutoki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS5996639A; US4564784A; JPH0544132B2; GB2132408A; GB2132408B; DE3342707C2; GB8330592D0

Description

HITACHI, LTD., Tokyo Jap an

Bildaufnahmeröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmeröhre mit einer photoleitenden Schicht aus amorphem Silizium und insbesondere auf eine hochauflösende Bildaufnahmeröhre mit wesentlich verbesserter Lebensdauerkennlinie.

Eine Bildaufnahmeröhre mit einer photoleitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem amorphen Silizium (im folgenden abgekürzt mit: "a-Si:H") weist eine hohe Lichtempfindlichkeit, ein geringes Nachziehen und eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf und kann für verschiedene Zwecke verwendet werden.

Beispiele für solch eine Bildaufnahmeröhre sind aus der US-PS 4 255 686, GB-PS 1 349 351 oder aus der US-Patentanmeldung Ser. No. 491 921 bekannt. Der allgemeine Aufbau einer Bildaufnahmeröhre ist zum Beispiel in der US-PS 4 363 beschrieben.

Ein Beispiel einer herkömmlichen Bildaufnahmeröhre ist in Figur 1 gezeigt.

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Sie weist einen Strahlstromsteuerungsbereich 1 und einen Hauptlinsenbereich 2 auf. Diese Bereiche enthalten eine Glühkathode 30, ein erstes Gitter 40, ein zweites Gitter 50 , eine Strahlscheibe bzw. Strahlblende 60, zylindrische Elektroden 70, 80 und 90, eine Maschenelektrode 100 und eine photoleitende Schicht 110 auf.

Die Funktionsweise dieser Bildaufnahmeröhre ist die folgende: Bei der Bestrahlung der photoleitenden Schicht 110 mit Licht wird eine bestimmte Information im Verhältnis zur Lichtintensität erzeugt. Diese Information wird von der photoleitenden Schicht 110 mit einem Elektronenstrahl, der ausgehend von der Glühkathode 30 auf die photoleitende Schicht gelenkt wird, abgetastet und mittels anderer Elektroden ausgelesen.

Die so ausgelesene Information wird in einer entsprechenden Schaltung in gewünschte Signale umgewandelt und zum Beispiel auf einem Fernsehbildschirm abgebildet.

Die Erfindung stellt einen neuen Aufbau zur Verfügung, der die Kennlinie einer Bildaufnahmeröhre verbessert.

Seit kurzem steigt die Nachfrage nach einer Bildwiedergabe hoher Qualität und hoher Auflösung ständig, und daher wurden Versuche mit dem Ziel angestellt, den Abtastelektronenstrahl einer Bildaufnahmeröhre zu verengen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der Abtastelektronenstrahl durch Erhöhen der Spannung zwischen der Kathode und der Maschenelektrode beschleunigt. Die Erfinder beobachteten jedoch, daß die Anwendung dieser Methode auf eine Bildaufnahmeröhre mit einer a-Si :H-Photoleitschicht die Signalstrom-Spannungs-Kennlinie verschlechtert.

Ein Beispiel der Verschlechterung der Signalstrom-Spannungs-Kennlinie ist in Figur 2 gezeigt. Es ist der Fall eines ständigen Betriebs über 200 Stunden bei einer Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung von 1.500 V dargestellt. Die ursprüngliche Signalstrom-Spannungs-Kennlinie, dargestellt durch die Kurve 1,verändert sich, wie durch die Kurve 2 gezeigt ist. Es ergibt sich, daß der Signalstrom bei der üblichen Photokathodenbetriebsspannung von 40 V um 15 % abgesenkt ist.

Dieser Effekt ist typisch für eine a-Si:H-Bildaufnahmeröhre und wurde nicht beobachtet, wenn die Maschenelektrodenspannung etwa 500 V beträgt, wie das bei Industriefernseh-(ITV)-Kameras oder ähnlichen Kameras der Fall ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben erwähnte Verschlechterung wesentlich zu reduzieren und eine Amorph-Silizium-Bildaufnahmeröhre zur Verfügung zu stellen, die selbst, wenn sie mit einem mit hoher Spannung beschleunigten Elektronenstrahl abgetastet wird, die ursprünglich hohen Kennwerte für lange Zeit beibehält.

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmeröhre mit einer Photokathode, bei der wasserstoffhaltiges amorphes Silizium als Photoleiter verwendet wird und die eine Maschenelektrode aufweist, bei der zumindest die Oberfläche aus einem der Elemente Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium besteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 3 im Diagramm:die Änderung der Photokathodenspannung über der Zeit bei verschiedenen Gitterelektrodenspannungen ,

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Fig. 4 den Aufbau einer Amorph-Silizium-Bildaufnahmeröhre, und

Fig. 5 im Diagramm: die Änderung der Photokathodenspannung über der Zeit für die verschiedenen Maschenelektrodenmaterialien.

Die Erfinder haben den Verschlechterungseffekt bei einer Bildaufnahmeröhre mit amorphen Silizium als Material der photoleitenden Schicht im einzelnen untersucht. Figur 3 bezieht sich auf die Strom-Spannungskennwerte und zeigt den Zusammenhang zwischen der Änderung der Photokathodenspannung £SV , die notwendig ist, um das gleiche Signal zu erhalten ,bei verschiedenen an der Maschenelektrode anliegenden Spannungen. Wie aus Figur 3 klar hervorgeht, ist die Verschlechterung der Stromspannungskennwerte umso größer, je höher die Maschenelektrodenspannung ist. Als Ergebnis detaillierterer Untersuchungen" wurde gefunden, daß die Verschlechterung proportional zum Quadrat der Maschenelektrodenspannung und zu der Elektronenstrahlintensität ist.

Figur 4 zeigt den Aufbau der Photokathode der Bildaufnahmeröhre. Die Bezugszeichen bezeichnen im einzelnen: 3: eine lichtdurchlässige Platte, wie zum Beispiel eine Glasplatte, 4: eine transparente Elektrode, 5: eine a-Si :H- photoleitende Schicht _t 6: eine Elektronenstrahlbremsschicht, 7: eine Maschenelektrode und 8: einen Elektronenstrahl. Die Maschenelektrode wird auf der gleichen Spannung gehalten wie die der Wandanode 15 oder auf einer von der Spannung der Wandanode verschiedenen Spannung. Sie dient dazu, den Elektronenstrahl 8 abzubremsen, und ermöglicht diesem, die Photokathode vorteilhaft zu erreichen. Als Grund für die obengenannte Verschlechterung der Kennwerte kann das Kollidieren des Elektronenstrahls mit der Maschenelektrode 7 während der Bildaufnahme angesehen werden, woraus sich eine Beeinflussung der a-Si:H Schicht ergibt.

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Verschiedene Ursachen für die oben erwähnte Verschlechterung der Kennwerte können in Betracht gezogen werden, so zum Beispiel das Anhaften von Material auf der Oberfläche der a-Si:H-Schicht, das bei der Herstellung der Maschenelektrode auf diese aufgesputtert wurde und das von der Maschenelektrode wegdiffundierte, und die Erzeugung weicher Röntgenstrahlung, die beim Elektronenstrahlbeschuß mit auftritt. Auf jeden Fall wird angenommen, daß das Maschenelektrodenmaterial eine Rolle bei der oben erwähnten Verschlechterung spielt.

Das obenstehend Beschriebene wird durch folgenden Versuch erläutert:

Üblicherweise wird Kupfer als Maschenelektrodenmaterial verwendet. Die Erfinder stellten dagegen Maschenelektroden unter Verwendung verschiedener Materialien her und untersuchten deren Wirkungen.

Als ein Ergebnis wurde gefunden, daß eine aus wenigstens einem der Materialien Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium hergestellte Maschenelektrode wirksam die oben erwähnte Verschlechterung der Kennwerte verhindert. In diesem Fall braucht nicht die ganze Maschenelektrode aus einem solchen Material zu bestehen, sondern es genügt, wenn die Oberfläche der Maschenelektrode mit solch einem Material beschichtet ist. In dem Fall der Beschichtung mit solch einem Material können als Trägermaterial der Maschenelektrode Metalle wie Kupfer oder dergleichen verwendet werden, die zu diesem Zweck oft benutzt wurden. Isolatoren oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden, wenn der Anwendungszweck der Maschenelektrode durch die Verwendung eines Beschichtungsmaterials erzielt werden kann Die Beschichtung kann durch konventionelle Verfahren erfolgen. Es können zum Beispiel Sputterverfahren, Vakuum-

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aufdampfverfahren oder chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) oder dergleichen angewendet werden. Im Fall von Kohlenstoff und dergleichen kann ein Verfahren, das eine Kohlen-Lichtbogenentladung benutzt, angewendet werden.

Um eine Wirkung zu erzielen, sollte die Beschichtung normal eine Dicke von 5 nm oder mehr aufweisen; 10 nmoder mehr reichen aus. Üblicherweise werden Schichtdicken von 200 nm bis 300 nm verwendet.

Vom.Standpunkt einer zufriedenstellenden Verhinderung der Verschlechterung der Kennwerte und der Einfachheit der Herstellung aus, sind Kohlenstoff und Aluminium als Maschenelektrodenmaterial sehr zu bevorzugen. Gleichermaßen haben sich Maschenelektroden, die mit diesen Materialien beschichtet wurden,als praktisch erwiesen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.

Der in Figur 4 gezeigte Aufbau einer Photokathode weist eine photoleitende Schicht 5 auf, die aus wasserstoffhaltigem amorphen Silizium besteht. Sie enthält 3 bis 30 % Wasserstoffatome und 50 % oder mehr Siliziumatome.

Als wasserstoffhaltige amorphe Siliziumwerkstoffe sind solche bekannt, die verschiedenen Dotierungen unterzogen wurden oder in die Kohlenstoff oder Germanium eingebaut wurde.

Auf einem Glassubstrat 3 ist eine transparente elektrisch leitende Schicht 4 ,mit einer Dicke von 300 nm,zum Beispiel durch thermische Zersetzung von SrCl. aufgebracht. Auf der oberen Fläche der transparenten elektrisch leitenden Schicht 4 ist eine etwa 2.000 nm dicke a-Si:H-Photo-

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leiterschicht 5 angebracht. Diese a-Si:H-Photoleiter schicht wird mit wohlbekannten Verfahren,wie chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) von Monosilan-Glas bei Glimmentladung, Sputtern von Silizium in einem Wasserstoff-Argon-Gasgemisch oder dergleichen, hergestellt.

Das reaktive Sputtern zum Beispiel , wobei man reines polykristallines Silizium als Target-Platte verwendet, erfolgt in einer gemischten Gasatmosphäre von 4x10 Pa Argon und 6,7 χ 10 P? Wasserstoff. Das Substrat wird dabei auf 250⁰C gehalten. In diesem Fall enthielt die a-Si:H-Photoleiterschicht 13 % Wasserstoffatome. Weiterhin wird eine ^O nm dicke Schicht aus As₂S₃ (oder Sb₇S₇.) als Elektronenbremsschicht 6 aufgetragen.

Damit ist die Herstellung der Photokathode abgeschlossen.

Solch eine Photokathode wurde mit einer Maschenelektrode, die durch Beschichten eines Maschenelektrodensubstrats aus Kupfer mit einer 70 nm dicken Aluminiumschicht erhalten wurde, kombiniert und bei einer Maschenelektrodenspannung von 1.500 V kontinuierlich betrieben.

Es ergab sich, daß die hohe Empfindlichkeit von 650 μΑ/lm oder eine höhere Empfindlichkeit (zum Vergleich^die Anfangsempfindlichkeit beträgt 720 μΑ/lm) sogar nach einem ständigen Betrieb von 2000 Stunden aufrechterhalten werden konnte

Ferner betrug die Empfindlichkeit 700 μΑ/lm oder mehr > nach einem Betrieb von 2000 Stunden, wenn die Photokathode mit einer Maschenelektrode kombiniert wurde, deren Elektrodensubstrat aus Kupfer foder Aluminium) bestand, das mit Kohlenstoff einer Dicke von 100 nm beschichtet wurde, und es konnte somit eine Amorph-Silizium-BildaufnahmerÖhre erstellt werden, die dem kontinuierlichen Gebrauch für

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lange Zeit standhält. Außerdem reflektiert die durch die Verwendung von Kohlenstoff erhaltene Maschenelektrode nicht das durch die Amorph-Silizium-Photoleiterschicht durchgelassene Licht und verhindert somit einen Nachzieheffekt auf dem Bild, so daß eine Bildwiedergabe noch höherer Qualität erzielt werden kann.

Die Materialien, die der Verschlechterung des Signals einer Bildaufnahmeröhre mit einer a-Si:H-Photoleitschicht entgegenwirken, sind: Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium und Silizium. Diese Materialien sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt:

Tabelle 1

Maschenelektrodenmaterial	Be	B	C	Mg	Al	Si	Cu	Au
Unterdrückung der Verschlech terung der Kennwerte	©	©	©	O	O	Δ	X	X
Einfachheit der Herstellung			O		O	O	O'	O

Die Zeichen (Q), (J) und A i_n d_er Zeile "Unterdrückung der Verschlechterung der Kennwerte" der Tabelle drücken die Wirksamkeit der Verschlechterungsunterdrückung in absteigender Folge aus. Das Zeichen X bedeutet eine Verschlechterung. Ebenso drücken in der Zeile "Einfachheit der Herstellung" die Zeichen ) und /\ in fallender Folge die Einfachheit der Herstellung aus. In dieser Tabelle sind die Materialien Gold und Kupfer zum Vergleich aufgeführt. Das Maschennetz muß nicht notwendigerweise aus diesem Material hergestellt sein, das Ziel kann hinreichend dadurch erreicht werden, daß man ein weitläufig benutzes Kupfernetz mit diesen Materialien beschichtet.

Ferner werden vom Standpunkt der Einfachheit der Herstellung aus Kohlenstoff und Aluminium bevorzugt. Aus der Figur 5

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erkennt man den Grad der Verschlechterung der Kennwerte, der bei einem Betrieb mit 1500 V Maschenelektrodenspannung hervorgerufen wird, wenn ein Kohlenstoffnetz (grade Linie 9), ein Aluminiumnetz (grade Linie 10) und ein herkömmliches Kupfernetz (grade Linie 11) verwendet werden. Die effektive Änderung des Signalstroms war nach einem Betrieb von 1000 Stunden im Fall des Aluminiummaschennetzes auf 5 % oder weniger , und im Fall des Kohlenstoffmaschennetzes auf 0,5 ! oder weniger, begrenzt. Eine Bildaufnahmeröhre mit einer ausgezeichneten Lebensdauerkennlinie kann durch die Kombination einer a-Si:H-Photoleiterschicht mit den oben genannten Netzen geschaffen werden.

Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß das Absinken der Empfindlichkeit einer Bildaufnahmeröhre,bei der amorphes Silizium als Photoleiterschichtmaterial benutzt wird, stark unterdrückt werden,und es kann somit eine sehr hohe Zuverlässigkeit bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmeröhre erreicht werden, wenn die Bildaufnahmeröhre im privaten Bereich, zur Überwachung oder dergleichen benutzt wird.

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Claims

BEETZ & PARTNER 8 l -35 .593P (35 .594H) 25. Nov. 19£

Stoinsdorfstr.10,8000 München 22

Patentansprüche

1/ Bildaufnahmeröhre mit

einer Photokathode, die aus

einer lichtdurchlässigen Scheibe (3), einer transparenten Elektrode (4), die auf der lichtdurchlässigen Scheibe (3) angebracht ist, und einer photoleitenden Schicht (5) aus wasserstoffhaltigem amorphen Silizium, die auf der transparenten.Elektrode (4) angebracht ist, besteht, und mit

einem Elektronenstrahlerzeuger, gekennzeichnet durch

eine Maschenelektrode (7), die nahe der Photokathode angeordnet ist,

wobei mindestens die Oberfläche der Maschenelektrode (7) aus wenigstens einem "der Materialien Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium oder Silizium besteht
2. Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Maschenelektrode (7) aus einem Kupfersubstrat besteht, dessen Oberfläche mit Kohlenstoff oder Aluminium beschichtet ist.
3. Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Maschenelektrode (7) aus einem Aluminiumsubstrat besteht, dessen Oberfläche mit Kohlenstoff beschichtet ist.
4. Bildaufnahmeröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß an die Maschenelektrode (7) eine Spannung, die größer oder gleich 500 V ist, angelegt ist.

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