FR2531267A1 - Photocathode pour entree de tube electronique comportant un dispositif semi-conducteur avec photoemission par transmission et procede de construction de ladite photocathode - Google Patents

Abstract

LA PHOTOCATHODE EST A DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR 12 RAPPORTE AU MOYEN D'UNE COUCHE DE VERRE DE SCELLEMENT 13 SUR UN SUPPORT TRANSPARENT QUI SE DECOMPOSE EN DEUX PARTIES A SAVOIR UNE LAME 11 EN MATERIAU A POINTS DE TRANSITION ET DE RAMOLLISSEMENT OU DE FUSION TRES SUPERIEURS A CELUI DU VERRE DE SCELLEMENT ET UNE RONDELLE DE CERAMIQUE 14, LAME ET RONDELLE ETANT REUNIES PAR BRASURE SELON LEUR PERIPHERIE DU COTE DE LA FACE DE LA LAME OPPOSEE AU DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR, LA PERIPHERIE DE LA LAME DU COTE BRASURE ET SON BORD LATERAL ETANT REVETUS DE COUCHES 18 ABSORBANTES DE RADIATION EN OXYDES METALLIQUES NOIRS, ET LE POURTOUR DE LA RONDELLE, DEBORDANT DE LA LAME, ETANT MUNI DUCOTE SEMI-CONDUCTEUR DE MOYENS 20 DE FIXATION DU CORPS DE TUBE. APPLICATION AUX TUBES DE DETECTION PHOTOELECTRIQUE.

Description

PHOTOCATHODE POUR ENTREE DE TUBE ELECTRONIQUE COMPORTANT UN DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR AVEC PHOTOEMISSION PAR TRANSMISSION ET PROCEDE DE CONS
TRUCTION DE LADITE PHOTOCATHODE
La présente invention concerne une photocathode pour entrée de tube électronique du genre comportant un support rigide transparent au rayonnement, un dispositif semiconducteur à effet photoémetteur par transmission, des moyens de fixation du semiconducteur sur le support et des moyens pour fixer la photocathode sur le corps du tube et également un procédé de construction de ladite photocathode.

L'un des problèmes qui se posent pour la réalisation de telles photocathodes concerne la fixation du semiconducteur sur le support, l'un et l'autre étant élaborés séparément Il faut que lors de cette fixation, les propriétés cristallines du semiconducteur dont dépendent ses propriétés de photoémission futures ne soient pas dégradées ou perturbées.

Un autre problème est que, une fois la fixation effectuée, l'ensemble constitué doit supporter, entre autres, le traitement thermique à haute température préalable à l'activation du semiconducteur pour le rendre photoémîssif, par apport de césium et oxygène (césiation), par exemple, sans qu'è cette occasion les propriétés cristallines du semiconducteur puissent être perturbées.

Un autre problème, encore, concerne la nature du support et sa fixation sur le corps du tube. Le support doit apporter à l'ensemble photocathode une bonne tenue mécanique. D'autre part, il est fixé par sa périphérie au corps du tube. il doit donc déborder en surface largement en dehors de la surface du semiconducteur de manière que les opérations de liaison avec le corps ne perturbent pas la zone photoémissive utile du dispositif.

Pour résoudre l'ensemble de ces problèmes, dans le brevet français NO 2.300.413 au nom de la Demanderesse, le semiconducteur est scellé à l'aide d'un verre de scellement sur un support épais constitué en oxyde monocristallin, notamment en corindon, les coefficients de dilatation du semiconducteur, du verre de scellement et de l'oxyde étant adaptés l'un à l'autre, mais la température de fusion de l'oxyde étant très supérieure à celle de transition et ramollissement du verre de scellement ou de dcomposition du semiconducteur.Au cours de cette opération de scellement, l'oxyde monocristallin se trouve porté à des températures très inférieures à celle de son point de fusion si bien qu'après ledit scellement il n'acquiert pas de contraintes en se refroidissant susceptibles de se libérer au cours de traitements thermiques ultérieurs et venir s'induire dans le verre de scellement et le semiconducteur. L'oxyde monocristallin joue ainsi, en quelque sorte, au cours de l'opération de scellement et de traitement thermique, un rôle de raidisseur qui tend à conserver les propriétés cristallines du semiconducteur. Par ailleurs, ce support déborde largement en dehors de la surface du semiconducteur ce qui permet de venir assembler le corps du tube avec la périphérie.Le volume de matériau mis en oeuvre, aussi bien par son épaisseur que par sa surface, se trouve être important ce qui, du fait de la cherté du matériau, rend onéreux le coût du tube.

Dans la demande de. brevet NO 81 20 675 déposée le 4 Novembre 1981 au nom de la Demanderesse, le support est composite et comporte une première partie sous forme d'une lame en un matériau à points de transition et ramollissement ou de fusion très supérieurs à ceux de la couche de scellement (en corindon par exemple) et dont les faces ont une surface sensiblement égale à celle du semiconducteur et sur l'une desquelles est scellé ledit semiconducteur, et une deuxième partie en un verre transparent, de propriétés de dilatation sensiblement identiques à celles de la couche de scellement sous forme d'un corps épais présentant deux faces parallèles sur l'une desquelles est soudée la face libre de ladite lame, le pourtour de cette deuxième partie débordant de la première partie et recevant des moyens de fixation de la photocathode sur le corps du tube. Le coût en matériau de ce support se trouve diminué du fait que le matériau de la lame généralement cher se trouve en faible proportion par rapport à celui du verre meilleur marché. Mais, le caractère composite de ce support complique la réalisation de la photocathode.

Un autre problème encore qui se pose à propos de ces photocathodes est celui des réflexions dites parasites dues au fait que certains rayons lumineux viennent frapper le support des couches photosensibles directement en dehors de ces couches, notamment sur les bords latéraux de ce support et provoquent des réflexions multiples et des interférences nuisibles à une bonne qualité d'image. La demande de brevet français N0 81 19 471 du 16 Octobre 1981 au nom de "Varo" propose de munir le support d'une couronne de verre noir d'indice supérieur à celui du verre constituant le support. Cette structure semble devoir conduire à des difficultés d'ordre thermique lors du scellement et des traitements thermiques ultérieurs du semiconducteur, notamment celles dues à la différence entre la dilatation du verre noir et celle du verre de support.

L'un des buts de l'invention est de concevoir une photocathode dont la construction est d'un coût sensiblement moins onéreux que pour les photocathodes de l'art antérieur. Le matériau de support de semiconducteur pour les raisons déjà invoquées est choisi avec une température de transition, de ramollissement ou de fusion élevée et supérieure à celle du verre de scellement du semiconducteur sur ledit support. C'est par exemple un oxyde monocristallin tel le corindon, sous forme d'une lame polie optiquement sur ses faces mais dont la surface est réduite pratiquement à celle du semiconducteur de manière à limiter le volume d'oxyde monocristallin et à limiter le coût du matériau utilisé et son usinage.

Un autre but de l'invention est aussi que cette photocathode soit réalisée de manière à obtenir un gain important en poids par rapport aux photocathodes de l'art antérieur (par exemple environ 50 ó).

Un autre but de l'invention est aussi que cette photocathode soit prévue pour être fixée au corps du tube. Pour permettre cette fixation une rondelle en matériau réfractaire isolant, une céramique à teneur d'alumine d'au moins 94 OD en poids, par exemple, de diamètre interne légèrement inférieur ou égal à celui de la lame support de semiconducteur est rapportée par brasure sur la périphérie de l'une des faces ou sur le bord latéral de la lame, le corps du tube venant s'as; sembler sur la partie de rondelle de céramique extérieure à la lame.

Un autre but de l'invention est encore de proposer une photocathode pour laquelle sont évitées les réflexions de lumière dites parasites. Pour cela, préalablement à cette brasure, et en vue de celleci, la face de la lame support à l'endroit de la future brasure et son bord latéral sont revêtus de métallisations d'oxydes noirs de molybdène, de manganèse ou de titane d'indice de réfraction supérieur à celui de a lame, ce qui rend impossible-les réflexions totales sur ledit bord.

Une fois l'ensemble rondelle de céramique lame support obtenu, est élaborée comme indiqué par exemple dans la demande de brevet français NO 81 20-G75 en date du 4 Novembre 1981 au nom de la Demanderesse une structure semiconductrice à effet photoélectrique, laquelle est rapportée sur la face libre de la lame à l'aide d'un verre de scellement transparent dont les températures de transition et ramollissement sont inférieures à celles de transition, ramollissement ou fusion du matériau de lame.Ainsi, l'invention propose une photocathode de tube électronique du genre comportant un dispositif semiconducteur pour photoémission par transmission constitué d'au moins une couche active de type p, un support de ce semiconducteur en un matériau transparent au rayonnement, une couche de scellement du semiconducteur sur le support constitué d'une couche de verre transparent au rayonnement, au moins une couche passivante de matériau sur le semiconducteur entre celui-ci et le verre de scellement, de préférence une couche d'adaptation optique entre semiconducteur et couche passivante, des moyens de fixation de la photocathode sur le corps du tube remarquable en ce que le support se décompose en deux parties superposées et réunies par brasure à savoir une première partie sous forme d'une lame constituée en matériau à points de transition et de ramollissement ou fusion très supérieurs à celui du verre de scellement, la périphérie de ladite lame sur la face opposée au semiconducteur et son bord latéral étant revêtus d'oxydes ou de mélanges d'oxydes noirs métalliques tels de molybdène, de manganèse ou de titane d'indice de réfraction supérieur à celui du matériau de lame et une deuxième partie sous forme d'une rondelle de céramique à teneur d'alumine d'au moins 94 Ó en poids, de diamètre interne et externe respectivement inférieur et supérieur à celui de ladite lame et placée sur la périphérie de celle-ci au-dessus du revêtement d'oxydes noirs et le long de laquelle elle y est brasée, le pourtour de cette deuxième partie du côté semiconducteur recevant lesdits moyens de fixation de la photocathode sur ledit corps de tube et étant en liaison électrique avec le semiconducteur.

Selon une variante, de façon préférentielle, le matériau de lame est le corindon ou le spinelle de composition chimique
MgO - 3,5 A1203 et le matériau de rondelle l'alumine.

L'invention s'étend au procédé de réalisation de ladite photocathode qui dans le cas particulier de la variante précédente comporte les phases suivantes
- dépôt sur le bord latéral et sur la périphérie d'une des facesde la lame d'une couche de métallisation à base d'oxydes de molybdène, de manganèse, de titane
- dépôt sur l'une des faces de la rondelle au voisinage de la périphérie interne d'une couche de métallisation à base d'oxydes de molybdène, de manganèse, de titane
- dépôt sur la même face de la rondelle que précédemment au voisinage de la périphérie externe successivement d'une couche de métallisation à base d'oxydes métalliques tels de molybdène, de manganèse ou de titane et d'une couche d'un métal tel que l'or, le cuivre, le nickel ou le chrome pour la fixation de ladite rondelle au corps du tube à l'aide d'un joint à l'indium
- réunion par brasure de la rondelle sur la lame, les dépôts respectifs de la rondelle selon la périphérie interne et de la lame se faisant face, le matériau de brasure étant un métal choisi parmi les métaux Ag, Cu, Au, Ni ou leurs alliages
- scellement à l'aide d'un verre de scellement sur la face libre de la lame d'une structure semiconductrice préalablement élaborée selon l'art antérieur
- dépôt d'une couche métallique de Ni2 Cr ou Ni Cr sur le semiconducteur et s'étendant jusqu'à la périphérie externe de la rondelle
- activation photoélectrique de ladite structure
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple, ladite description étant accompagnée de dessins qui représentent
Figure 1 : une vue en coupe par son plan de symétrie d'une photocathode selon l'invention
Figure 2 : une vue de la même photocathode en coupe par son plan de symétrie avant l'assemblage de ses pièces constituantes
Figure 3 : une vue en coupe d'une variante de la photocathode de la lame support de la photocathode.

Sur la figure 1, sous le repère 11, est représentée la lame support 11, transparente au rayonnement de la structure semiconductrice 12. Cette structure (représentée avec deux couches) est scellée sur il à l'aide de la couche de verre de scellement 13. Le rayonnement représenté par la flèche 10 passe par l'évidement de la rondelle 14 et la lame ll pour atteindre le semiconducteur 12. La lame 11 est réunie à la rondelle 14 à l'aide d'une brasure 15. La lame 11 est munie sur son bord latéral I6 et également sur la périphérie 27 de sa face 22, en dessous de la brasure, dvune couche 18 d'oxyde noir métallique à indice de réfraction supérieur à celui du matériau de la lame 11.De cette manière, les rayons de lumière tels que 19 qui viendraient à frapper directement la périphérie de la lame avant de rencontrer la structure photoconductrice sont absorbés dans la couche-ncnre d'oxyde, sans possibilité de réflexions multiples entre ledit bord et les faces de la lame 11. La rondelle 14 est munie sur sa périphérie extérieurement à la lame 11 d'un dépôt métallique 20. Lors de la fermeture du tube, la corps de celui-ci vient se placer contre 20 qui sert au mouillage d'un joint de fermeture à ltindíun ou indium bismuth. Le contact entre semiconducteur et extérieur du tube s'effectue à l'aide d'un dépôt de métal tel le Ni, le Cr ou un alliage de Ni Cr sur la structure semiconductrice et qui déborde sur le dépôt 20.

Sur la figure 2, la photocathode est représentée en coupe par son plan de symétrie avant l'assemblage de ces pièces. Elle sert dans ce qui suit à décrire le procédé de construction de la photocathode.

La description est faite dans le cas particulier ob la rondelle 14 est en céramique à forte teneur d'alumine d'au moins 94 Ó en poids et la lame 11 en corindon ou spinelle de composition chimique MgO - 3,5 A12O3.

Avant assemblage par brasure, ces rondelle et lame sont revêtues en partie ae différentes couches d'oxydes métalliques ou métaux de nature chimique compatible avec celles de ces rondelle et lame, la nature du matériau de brasure étant elle-même compatible avec la nature des couches d'oxydes métalliques et celles desdites rondelle et lame. La lame 11 est revêtue d'un dépôt de différentes couches métalliques 18 sur son bord latéral et- selon une couronne périphérique de sa face 22. Ce revêtement métallique est en oxydes de molybdène, manganèse.La rondelle 14est revêtue sur sa face 17i d'une part en regard du dépôt 18 de la lame et sur sa périphérie interne, d'un dépôt 24 d'oxydes métalliques de même nature que le dépôt 18, d'autre part sur sa périphérie externe débordant de la lame, d'un dépôt métallique comportant une première couche 25 de nature identique à 18 et d'une seconde couche 26 d'un métal tel que l'or ou le cuivre. Lors de la fermeture du tube, le corps du tube est scellé à la rondelle le long de ce dépôt, celui-ci servant au mouillage du joint à l'indium ou indium bismuth utilisé. Rondelle et lame sont alors réunies par brasure, le matériau 15 de brasure étant un métal choisi parmi les métaux Ag Au Cu Ni ou leurs alliages.L'utilisation de matériau de brasure permet d'effectuer l'opération à une température très inférieure à celle des points de transition et de fusion respectivement de la céramique et du corindon ou du spinelle Mg O - 3,5 Au 203. Au cours de la phase de métallisation précédant la brasure, se forme sur la lame 11 le long de 16 une couche d'oxyde noir très absorbant empêchant la réflexion totale de rayons frappant la périphérie de la lame en dehors du semiconducteur.On dispose ainsi d'un ensemble rigide à haut point de transi- tion et ramollissement ou fusion surelequel par des méthodes classiques de l'art antérieur va pouvoir être scellée puis décapée et amincie la structure semiconductrice multicouche 12, le scellement sseffectuant à l'aide de la couche de verre 13 à points de transition et ramollissement ou de fusion très inférieurs à ceux de la céramique et du corindon.

Le semiconducteur subit alors une activation photoéleetrique (césiation) classique sous ultravide. Auparavant, le semiconducteur est revêtu d'une couche métallique de Ni, Cr ou Ni Cr s'étendant jusqu'aux dépôts exté- rieurs 25, 26, de manière à obtenir un contact électrique avec le semiconducteur extérieur au tube après fermeture de celui-ci.

Sur la figure 3, est représentée une variante de photocatho- de limitée à la lame 11, ladite lame 11 ayant une section particulière, son bord latéral étant taillé en biseau et faisant un. angle a aigu avec la face supérieure. Cet angle a est optimisé en tenant compte de la pupille, de l'angle de champ et des dimensions de l'ensemble photocathode et objectif associé. Cet angle a aigu, en liaison avec l'existence de l'oxyde noir absorbant est particulièrement apte à l'élimination des réflexions parasites. D'une façon encore plus perfectionnée, le bord latéral de la lame est dépoli, ce qui accroit encore l'absorption de la lumière parasite.

Une autre variante de la photocathode est réalisée en effectuant la fixation de la rondelle de céramique sur la tranche de la lame, en corindon par exemple, qui sert de support à la structure semiconductrice. Le diamètre de l'évidement dans la rondelle réfractaire permet l'encastrement de la lame,et la liaison par brasure est réalisée sur les surfaces cylindriques en regard. La hauteur saillante de la lame est ajustée par montage pour satisfaire aux dimensions d'encombrement de la photocathode à l'intérieur du tube électronique.

Claims (3)

REVENDICATIONS :

1. Photocathode pour entrée de tube électronique du genre comportant un dispositif semiconducteur à photoémission par transmission constitué deau moins une couche active de type p, un support de ce semiconducteur en un matériau transparent au rayonnement, une couche de scellement du semiconducteur sur le support constitué d'une couche de verre transparent au rayonnement, au moins une couche passivanté de matériau sur le semiconducteur entre celui-ci et le verre de scellement, de préférence une couche d'adaptation optique entre semiconducteur et couche passivante, des moyens de fixation de la photocathode sur le corps du tube, caractérisée en ce que le support se décompose en deux parties superposées et réunies par brasure (15) à savoir une première partie sous forme d'une lame (11) constituée en matériau à points de transition et de ramollissement ou de fusion très supérieurs à celui du verre de scellement (13), la périphérie (27) de ladite lame sur la face opposee au semiconducteur et son bord latéral (16) étant revêtus d'un ou plusieurs oxydes (18) noirs de métal tel le molybdène, le manganèse ou le titane, d'indice de réfraction supérieur à celui du matériau de lame (11) et une deuxième partie, sous forme d'une rondelle (14) de céramique dont la teneur d'alumine est d'au moins 94 00 en poids, de diamètre interne et externe respectivement inférieur et supérieur à celui de ladite lame (11) et placée sur la périphérie (27) de celle-ci audessus du revêtement d'oxyde noir (18) et le long de laquelle elle y est réunie par brasure (15) le pourtour de cette deuxième partie du côté semiconducteur recevant lesdits moyens de fixation de la photocathode sur le corps du tube et étant en liaison électrique avec le semiconducteur.

2. Photocathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de lame (11) est le corindon ou la spinelle de composition chimique MgO - 3,5 A12O3, le matériau de rondelle (14) l'alumine, et le matériau de brasure (15) un métal choisi parmi Ag, Au, Cu,

Ni ou un de leurs alliages.

3. Procédé de réalisation d'une photocathode selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte les phases suivantes

- dépôt sur le bord latéral (16) et sur la périphérie (27) de l'une des faces de la lame (11) d'une couche (18) d'oxydes de métal tel le molybdène, le manganèse, le titane ;

- dépôt sur 1'une des faces de la rondelle (14) au voisinage de la périphérie interne d'une couche d'oxydes (24) de métal tel le molybdène, le manganèse, le titane

- dépôt sur la même face de la rondelle (14) que précédemment au voisinage de la périphérie externe successivement d'une couche (25) d'oxydes de métal tel le molybdène, le manganèse, le titane et de couche (26) de métal tel que l'or, le cuivre, le nickel, lechrome pour la fixation à l'aide d'un joint à l'indium du corps du tube ; ;

- réunion par brasure (15) de la rondelle (14) sur la lame (11), les dépôts respectifs de la rondelle selon la périphérie interne et de la lame se faisant face, le matériau de brasure étant un métal choisi parmi Ag, Au, Cu, Ni ou leurs alliages

- scellement h l'aide drun verre (13) de scellement sur la face libre de la lame (11) d'une structure semiconductrice (12) préalablement élaborée selon l'art antérieur ;

- dépôt d'une couche métallique de Ni Cr sur la périphérie du semiconducteur et s'étendant jusqu'd la périphérie externe de la rondelle.

- activation photoéleetrique de ladite structure.