DE866219C

DE866219C - Lichtelektrisch empfindlicher Widerstand

Info

Publication number: DE866219C
Application number: DEP3158D
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Krautz
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1941-02-07
Filing date: 1941-02-07
Publication date: 1953-02-09

Description

Lichtelektrisch empfindlicher Widerstand Für viele Anwendungsgebiete der Elektrotechnik, insbesondere für Signal-"Schalt- und Regelzwecke, werden lichtelektrisch empfindliche Widerstände, sogenannte Photowiderstände oder Photoleiter, mit hoher Strombelastbarkeit für die verschiedensten Spektralbereiche vom Ultrarot bis zum Ultraviolett benötigt. Die bisher im Handel erhältlichen Photowiderstände zeigen eine nur verhältnismäßig geringe Strombelastbarkeit und Empfindlichkeit und erfordern daher im allgemeinen die zusätzliche Verwendung von Verstärkeranlagen. Es ist indessen neuerdings gelungen, durch eine besondere Behandlung von feinkristallinen, pulverförmig vorliegenden, photoelektrisch empfindlichen Stoffen auch Photoleiter mit sehr hoher Strombelastbarkeit und hoher Empfindlichkeit herzustellen, so daß jetzt meist auf mehrstufige Verstärkeranlagen verzichtet werden kann oder doch wenigstens eine wesentlich geringere Verstärkerstufenzahl hinreicht. Es ist z. B. durch geeignete Sinterverfahren gelungen, Photokeramikkörpcr herzustellen, die bei sehr geringen Feldstärken bereits eine sehr hohe lichtelektrische Empfindlichkeit aufweisen. So läßtsichbeispielsweise bei einer Photoleiterzelle mit einem 2 cm2 großen Elektrodenraster, dessen Strichabstand 0,75 mm beträgt, bei einer angelegten Spannung von etwa io V schon durch eine Belichtung mit Zoo Lux ein sStrombis zu io mA erreichen; während der Dunkelstrom bei gleichem angelegten. Feld weniger als 2 - io-$Amperebeträgt. Beisehrschnellablaufenden Steuerungsvorgängen ist diese sehr hohe Empfindlichkeit allerdings wegen des bei Photowiderständen bekanntlich langsameren .Abfallens der Restleitfähigkeit nicht in vollem Maße ausnutzbar. Es steht aber auch dann noch ein großer Strombereich zur Verfügung.
Diese außerordentlich hohe Empfindlichkeit ist in erster Linie auf das durch geeignete Präparation erzielbare gute Isolationsvermögen der verwendeten Photowerkstoffe zurückzuführen, das sich bei Zinksulfid; Cädmiumsulfid, deren Mischkristallen, Phosphoren und vielen weiteren photoelektrisch empfindlichen Stoffen neuerdings erreichen läßt, z. B. durch eine Glühbehandlung in geeigneten Dämpfen, beispielsweise bei Sulfiden durch eine Glühbehandlung in Hochdruckschwefeldampf.
Für viele Anwendungsgebiete ist es andererseits aber günstig, wenn der Photowiderstand bereits vor der Belichtung einen erheblichen Strom durchläßt; er also einen erheblichen Dunkelstrom führt. So ist beispielsweise bei der Modulation von Glühlampen im allgemeinen eine ,Steuerung zwischen Grauglut und Weißglut der Wolframwendel durchaus hinreichend. Ähnliches gilt auch bei Schalteinrichtungen mit Relais, die Schaltvorgänge auslösen, sobald ein bestimmter vorgegebener Ruhestrom um einen geringen zu steuernden Strombetrag überschritten wird.
Man kann zwar in vielen Fällen durch eine oxydierende Behandlung der. Photowerkstoffe oder durch entsprechende Zusätze zu den Photowerkstoffen den Dunkelstrom des Photowiderstandes ohne weiteres auf den gewünschten Betrag erhöhen, doch ist damit im allgemeinen gleichzeitig eine wesentliche Einbuße an auszusteuerndem -Hellstrom verknüpft. Die Erfindung bezweckt; diesen Nachteil zu beseitigen und einen vorgegebenen Dunkelstrom unter Beibehaltung des ganzen Steuerbereiches des auf hohe Empfindlichkeit gezüchteten Photowiderstandes zu erreichen.
Dies gelingt nach der Erfindung durch einen lichtelektrisch empfindlichen Widerstand, bei dem die lichtelektrisch empfindliche, mit dem Elektrodenraster versehene Schicht auf einem mit Stromanschlüssen versehenen und parallel zu dem Elektrodenraster geschalteten Halbleiterwiderstand aufgebracht ist. Bei einem derart ausgebildeten Photowiderstand wird demnach der Dunkelstrom ausschließlich oder hauptsächlich durch die nach Belieben einstellbare Leitfähigkeit des Halbleiterwiderstandes erreicht, während der zusätzliche Steuerstrom von der parallel dazu geschalteten lichtelektrisch empfindlichen Schicht geliefert wird. Die Verwendung eines Halbleiterkörpers als Unterlage- und Träger des lichtelektrisch empfindlichen , Stoffes ist deswegen von großem Vorteil, weil sich Halbleiterkörper, der Größe der Photowiderstandsschicht angepaßt, mit beliebigen Widerstandswerten und damit Dunkelströmen bequem herstellen lassen, ohne daß dabei eine Änderung der Abmessungen des Halbleiterkörpers nötig ist. Es stehen auch sehr viele Halbleiterverbindungen zur Verfügung, welche die Anwendung hoher Sintertemperaturen erlauben und daher gegebenenfalls eine gute Versinterung der Photoleiterschicht am fertigen - Widerstand möglich machen. Bei der Herstellung des Halbleiterwiderstandes wird beispielsweise die Keramik in Molybdängefäßen oder -kapseln je nach den gewünschten Eigenschaften im Vakuum oder in Schutzgasen durch Hochfrequenz hochgeheizt. Bei dieser geschichteten Anordnung Photoleiter-Halbleiter erreicht man noch den bemerkenswerten Vorteil, daß man mit einer relativ geringen Menge des wertvollen Photowerkstoffes auskommt, ohne daß dabei die Festigkeit der Zelle gefährdet wird: Denn diese wird durch die feste Halbleiterunterlage gesichert.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele zwei nach der Erfindung ausgebildete lichtelektrisch empfindliche Widerstände in Vorderansicht und im Schnitt dargestellt.
Bei der Anordnung nach den Abb. i und 2 ist auf einem scheibenförmigen Halbleiterkörper i die lichtelektrisch empfindliche Schicht 2 und auf dieser das Elektrodenraster 3 aufgebracht. Die Ober- und Unterkante des Widerstandes sind mit leitenden Belägen q:, etwa aus Silber, versehen, die an das Elektrodenraster 3 und die Stromzuführungen 5 angeschlossen sind. Der Halbleiterkörper i kann aus einem Magnesium-Titanoxyd-Spinell bestehen. Die lichtelektrisch empfindliche Schicht läß't sich nach den bekannten Verfahren der Aufdampfung, Festdampfung oder nach dem Sinterverfahren erzielen.
In den Abb. 3 und q. ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der auf dem Halbleiterwiderstand i zuerst das Elektrodenraster 3, in der Regel ein Doppelkammrasteraufgebracht ist, über dem sich die lichtelektrisch empfindliche :Schicht2 befindet. In diesem Fall ist also das Elektrodenraster 3 zwischen dem Halbleiterwiderstand i und der Photoschicht 2 angeordnet. Hierbei ergeben sich besonders große Dunkelströme, weil das Doppelkammraster auch gleichzeitig die Elektroden des Halbleiterwiderstandes bildet und demgemäß auch auf den Halbleiterwiderstand die hohen Feldstärken des Doppelkammrasters wirken.
Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß sich die bei der Herstellung von Halbleiterwiderständen übliche Reduktion der Ausgangsstoffe mit der zur Senkung des Dunkelstromes der lichtelektrisch empfindlichen Stoffe vorzunehmenden Glühbehandlung kombinieren, d. h. in einem Arbeitsgang durchführen läßt, z. B. wenn als Halbleiterwiderstand ein Magnesiumoxyd-Titanoxyd-Spinell und als Photostoff Cadmiumsulfid benutzt wird. Es. kann dann durch eine geeignete Glühbehandlung in Schwefeldampf gleichzeitig sowohl der gewünschte Leitwert des Spinells als auch das erforderliche Isolationsvermögen des Cadmiumsulfides herbeigeführt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Lichtelektrisch empfindlicher Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrisch empfindliche, mit dem Elektrodenraster (3) versehene Schicht (2) auf einem Stromanschlüsse aufweisenden und parallel zu dem Elektrodenraster (3) geschalteten Halbleiterwiderstand (i) aufgebracht ist.