DE898641C

DE898641C - Aus amorphem Selen bestehende Widerstandsschicht

Info

Publication number: DE898641C
Application number: DEZ2392A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Phys Heller; Martin Dr-Ing Ploke
Original assignee: Zeiss Ikon AG
Current assignee: Zeiss Ikon AG
Priority date: 1951-12-25
Filing date: 1951-12-25
Publication date: 1953-12-03

Description

Aus amorphem Selen bestehende Widerstandsschicht Die Erfindung betrifft eine aus amorphem, vorzugsweise, im Vakuum bei Temperaturen unter 5o° C aufgedampftem Selen bestehende Widerstandsschicht Tals lichtelektrisches Element.
Diese lichtelektrischen Selenschichten sprachen bisher auf Röntgenstrahlen nicht an bzw. nur in so geringem Maß, daß derartige Schichten lediglich zum quantitativen Nachweis von Röntgenstrahlen, z. B. als Dosimeter, dienen konnten. Erreicht wurde diese quantitative Beeinflußbarkeit von Röntgenstrahlen durch eine umständliche Sonderbehandlung des Selens, bei dem sein amorpher Charakter mindestens teilweise in -einen kristallinen umgewandelt und damit ein niederohmiger Zustand des Selens erreicht wurde.
Untersuchungen über den Zustand des Selens haben in übereinstimmung mit den bekanntgewordenen Forschungsergebnissen zu dem Resultat geführt, daß dem amorphen Charakter des Selens bei seiner Verwendung für lichtelektrische Schichten der Vorzug zu .geben ist. Als günstigstes Verfahren zur Herstellung amorpher Selenschichten ist sein Aufdampfen im Vakuum zu bezeichnen, wobei -die Unterlage möglichst unter 50° C zu erhalten ist, um das Entstehen kristallinen Selens in der Schicht zu vermeiden.
Um zu erreichen"daß das :bekannte lichtelektrische Element, dessen Widerstandsschicht :aus amorphem Selen besteht, die gleiche oder annähernd gleiche Empfindlichkeit für Röntgenstrahlen aufweist, wird gemäß der Erfindung eine aus amorphem Selen bestehende Schicht in einer solchen Stärke aufgetragen, daß sie für Röntgenstrahlen empfindlich wird.
Versuche haben ergeben, daß im Gegensatz zu den bisherigen lichtempfindlichen Widerstandsschichten, die mit einer Dicke von etwa z bis 2 ,u aufgetragen wurde, röntgenempfindlich gestaltet werden können, wenn ihre Selenschichten wesentlich dicker aufgedampft werden. Die gefundene relative Widerstandsänderung im Röntgenlicht in Abhängigkeit von der Schichtdickeveranschaulichen Fig. i und 2. Für die Untersuchung wurden Längszellen mit amorphem Selen verschiedener Schichtdicke nach Fig. 3 hergestellt. Als Träger der Schichten dient eine Glasscheibe i, die amorphe Selenschicht 2 befindet sich zwischen zwei aufgedampften Aluminiumelektroden 3 und 4. Mittels der Batterie 5 und des Galvanometers 6 wird ein Stromkreis: geschlossen. Aus dem fließenden Strom und der anliegenden Spannung wird der Widerstand der Zelle einmal mit Röntgenlicht (RH) und einmal ohne Röntgenlicht (RD) und daraus die relative Widerstandsänderung bestimmt. Die an den Zellen liegende Spannung wird so gewählt, daß in den verschieden dicken Selenschichten etwa gleiche Feldstärke herrscht. Als Röntgenlicht wurde eine 5o-kV-Bremsstrahlung von einer Wolfram-Antikathode verwendet. Je nachdem man an die bestrahlte Elektrode 3 der Fig. 3 den positiven Pol der Batterie 5 oder den negativen Pol legt, erhält man eine etwas verschiedene Abhängigkeit der relativen Widerstandsänderung von der Dicke der amorphen Selenschicht. In Fig. i ist die bestrahlte Elektrode positiv, in Fig. 2 hingegen negativ. Die Meßkurven der Fig. i und :2 zeigen, daß sowohl `ei positiver wie negativer Polüng der bestrahlten Elektrode die relative Widerstandsänderung ab einer Schichtdicke von etwa 5 ,u wesentlich zunimmt, ein Maximum erreicht und mit steigender Schichtdicke wieder abnimmt. Der Abfall mit zunehmender Dicke ist bei negativer Polung der bestrahlten Elektrode ausgeprägter als bei positiver Polung.
Amorphe Selenschichten, deren Dicke beispielsweise io ,u beträgt, können Röntgenbilder auf direktem Wege in Ladungsbilder umsetzen. Dieses ermöglicht den Bau von Röntgenbild-Ferseh-Aufnahmeröhren.
Auf Grund der dargelegten Ergebnisse ist es möglich, die amorphe Selenschiclit optimal zu dimensionieren, so daß die größte. Widerstandsänderung vorhanden ist. Dieser Sachverhalt stellt eine wesentliche Voraussetzung zum Bau empfindlicher Röntgenbild-Fernseh-Aufnährneröhren dar.
Röntgenempfindliche, amorphe Selenschichten können in verschiedenartigen Geräten verwendet werden, von denen zwei Ausführungsbeispiele im folgenden beschrieben sind. Fig.4 stellt eine perspektivische, teilweise aufgeschnitteneAnsicht einer hochohmigen Röntgenstrahlwiderstandszelle gemäß der Erfindung dar. Diese Zelle wird hergestellt, indem man eine amorphe Selenschicht 6 mit einer Dicke zwischen 5 und 8o ,u, vorzugsweise io /c, auf eine Metallstützplatte 7 niederschlägt. Auf diese Selenschi.cht kommt als Gegenelektrode eine röntgenstrahldurchlässige Metallschicht B. Mit .den beiden Metallelektroden 7 und 8 wird über die röntgenempfindliche Schicht und der Batterie 9 ein Stromkreis hergestellt, in welchem ein Strommesser io ,geschaltet ist. Der fließende Strom ist von der Röntgenlichtintensität, mit welcher die Zelle bestrahlt wird, abhängig. Infolge größerer Empfindlichkeit und geringer Schichtdickenabhängigkeit der Zelle wird zweckmäßig die belichtete Seite der Zelle die positive Elektrode sein.
Fig. 5 zeigt eine Röntgenbild-Fernseh-Aufnahmeröhre, welche mit einer Elektronenoptik eines Ikonoskops arbeitet. Auf Grund der Feststellung, daß amorphe Selenschichten von 5 ,u Dicke an als röntgenempfindliche Halbleiter anzusprechen sind, wurde eine köntgenbildabtaströhre gebaut, welche auf direktem Wege, d. h. ohne Lichttransformation, das gespeicherte Röntgenbild abzutasten gestattet, Die Aufnahmeröhre besitzt den Glaskolben i i, der aus Gründen geringerer Absorption des Röntgenbildes kugelförmig gestaltet ist, da es dadurch möglich ist, die Wandstärke des Kolbens gering zu halten. Auch kann für den Kolben bzw. das Bildfenster, durch welches das Röntgenbild auf die amorphe röntgenempfindliche Selenschicht fällt, ein Material mit kleinerem Absorptionskoeffizienten als Glas verwendet werden, z. B. Berylliumglas oder sogenanntes Lindemann-Glas. Die Schirmelektrode besitzt eine leitende Signalplatte 12, welche für Röntgenlicht durchsichtig ist. Als Signalplatte kann z. B. ein dünnes Aluminiumblech dienen. Diese Signalplatte trägt die röntgenempfindliche Selenschicht 13 nach Maßgabe der Erfindung. Die Signalglatte und die röntgenempfindliche Selenschicht können auch auf den Röhrenkolben direkt aufgebracht werden. Über den Arbeitswiderstand 14 wird der Signalplatte eineVorspannung zugeführt. Die durch Widerstandsänderung der röntgenempfindlichen Selenschicht entstehenden Röntgenbildsignale können über einen Kopplungskondensator 15 dem Bildverstärker 16 zugeführt werden. Eine Saugelektrode 17, die zweckmäßig in Form eines feinmaschigen Netzes oder Metallringes ausgebildet ist, wird zwischen Signalplatte i2 und Blende 24 des Strahlsystems, gelegt. Im Hals des Glaskolbens sind geeignete Elemente vorgesehen, um einen gebündelten Elektronenstrahl erzeugen zu können. Sie bestehen aus einer Kathode i8 mit einem Heizfaden ig, dem Wehneltzylinder 2o und der Anode2i. 22 stellt eine magnetische Sammellinse dar, 23 das Ablenkspulenpaar. Durch eine Blende 24 wird der Elektronenstrahl fein ausgeblendet, was zu einem besseren Auflösungsvermögen der Abtaströhre führt. Um Aufladungen der Glaswände abzuführen, sind Teile der Innenfläche .des Glaskolbens mit einem leitenden Stoff überzogen. Da die Röntgenbilder in ihrer natürlichen Größe auf die Selenschicht fallen, läßt sich ein gutes Auflösungsvermögen mit der Abtaströhre erzielen. Infolge dergroßenAblenkamplituden muß auf besonders gute magnetische Abschirmung geachtet werden.
Neben der Arbeitsweise als Ikonoskop mit hoher Abtaststrahlgeschwindigkeit ist auch eine Arbeitsweise der Röntgenbild-Fernseh-Aufnahmeröhre mit einer Elektronenoptik des Orthicons möglich.
Zwecks Sensibilisierung des Selens bzw. zur Verminderung seiner elektrischen Trägheit können dem Selen Schwermetalle oder Schwermetall-Selen-Verbindungen beigemengt werden, z. B. Blei oder Bleiselenid. Bleiselenid ist als hochohmige, lichtempfindliche Substanz bekannt.
Der Anteil dieser Schwermetalle an der amorphen Selenschicht soll von kleinsten Werten bis zu dem stöchiome:trischen Verhältnis, des entsprechenden Selenids veränderbar sein, um die jeweils günstigste Zusammensetzung für die Ansprechbarkeit der Widerstandsschicht auf Röntgenstrahlen zu erhalten.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Veränderbarkeit dieser Fremdbestandteile quer zur größten Ausdehnung der Schicht, beispielsweise derart, daß die den Röntgenstrahlen abgekehrte Seite der Schicht aus reinem Selen besteht, während die den Röntgenstrahlen zugekehrte Seite einen steigenden Gehalt an Fremdbestandteilen bzw. Seleniden aufweist. Unter den Seleniden, die günstige photoelektrische Eigenschaften besitzen, ist das Silberselenid hervorzuheben.
Im Hinblick auf die Verwendung der Zelle für Widerstandsabtaster kann es unter Umständen auch zweckmäßig sein, die dem Röntgenstrahl abgewandte Seite mit Fremdmetallen anzureichern, da die dem Abtaststrahl zugewandte, dem Röntgenstrahl also abgekehrte Seite die geringere Leitfähigkeit besitzen muß. Diese beiden Gesichtspunkte lassen sich miteinander vereinigen, wenn die Abtastung von der Seite der Röntgenbestrahlung her erfolgt. Hinsichtlich der oberflächigen Aktivierung von Selenschichten mit Fremdmetallen kann es zweckmäßig sein, diese durch Kat'hodenzerstäubung in Luft aufzutragen, wodurch zusätzlich zu dem inneren Photoeffekt ein Sperrschichteffekt auftritt, der die photoelektrischen Eigenschaften der Zelle im günstigen Sinn beeinflußt.
Als, zusätzliche Beimischung für die Selenschicht ist ferner das Tellur zu nennen, das bekanntlich Ermüdungserscheinungen des Photoeffekts im Selen herabsetzt.
Im Gegensatz zu den bekannten Selensperrschichtzellen hat das röntgenempfindliche Photoelement gemäß der Erfindung den Vorteil der Hochohmigkeit, der besonders im Hinblick auf die Verwendung für den Widerstandsabtaster günstig ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Aus amorphem, vorzugsweise im Vakuum bei Temperaturen unter 5a° C aufgedampftem Selen bestehende Widerstandsschicht eines lichtelektrischen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Schicht mittels geeigneter Wahl ihrer Dicke durch Röntgenstrahlen beeinflußbar gestaltet ist.
2. Element nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke im Bereich ihrer maximalen, relativen Widerstandsänderung liegt.
3. Element nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke größer als 5,u, vorzugsweise größer als io,u ist. q..
Element nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe: Selenschicht auf beiden Seiten mit weitflächigen Elektroden in Berührung steht, von denen wenigstens eine für Röntgenstrahlen durchlässig ist.
5. Element nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die für Röntgenstrahlen durchlässige Elektrode aus Aluminium besteht.
6. Element nach Anspruch i, 2, 3, q. oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Elektroden mit Selen nicht reagierender Ruß, Graphit oder Kohle dient.
7. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche-, gekennzeichnet durch die Verwendung für Röntgenbild-Fernseh-Aufnahmeröhren. B.
Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrenkolben der Aufnahmeröhre kugelförmig ausgeführt ist. g.
Element nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrenkolben aus Berylliumglas oder Lithium-Beryllium-Borath-Glas, (Lindemann-Glas) besteht. io.
Element nach Anspruch 6, 7, 8 oder g, gekennzeichnet durch die Verwendung für eine mit Lichttransformation arbeitende; Fernsehzerlegeröhre. ii.
Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem amorphen Selen Stoffe beigemengt sind, die zur Sensibilisierung bzw. zur Verminderung der elektrischen Trägheit dienen.
12. Element nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensibilisferung ' des Selens Schwermetalle oder Schwermetallverbindungen mit Selen Verwendung finden.
13. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Schwermetalls von kleinsten Werten bis zu dem stöc'hiometrischen Verhältnis des entsprechenden Selenids veränderbar ist. 1q..
Element nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Selenschicht an Fremdbestandteilen quer zur größten Ausdehnung derart veränderbar ist, daß die: den Röntgenstrahlen abgekehrte Seite der Schicht aus reinem Selen, während die den Röntgenstrahlen zugekehrte Seite einen steigenden Gehalt an Fremdanteilen aufweist.
15. Element nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß als Fremdbestandteil der Selenschicht Silberselenid dient.
16. Element nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Röntgenstrahlen abgewandte Seite der Selenschicht mit Fremdbestandteilen angereichert ist, während die den Röntgenstrahlen zugewandte Seite den geringsten Anteil an Fremdbestandteilen aufweist.
17. Element nach Anspruch i i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdbestandteile der Selenschicht durch Kathodenzerstäubung in Luft aufgetragen sind.
18. Element nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung der Fremdbestandteile durch Kathodenzerstäubung gleichzeitig mit der Herstellung der Selenschicht erfolgt. i9. Element nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß der Selenschicht zur Vermeidung von Ermüdungserscheinungen Tellur beigemischt ist.