JPS58131646A - 単管カラ−撮像管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単管カラー撮儂管に関する０シリコン基板上に
作成した非晶質シリコン膜を有する電子衝撃ターゲット
と、ストライプ色フィルタおよびイメージイ票テンシフ
ァイアとから構成される。

本撮像管は低プルーミングで高感度を実現出来る。

従来カラー用撮儂のためには多数の撮儂管を用いた撮儂
方式、周波数分離方式、位相分離方式、Ｂｌｕｅ光）で
の感度が低い。また周波数分離、位相分離、３電極方式
などはフィルタおよび電極なとえば家庭内の照明で用い
ても照度不足のため色再現が難しくなっている。このこ
とに関しては現状の撮儂管では感度が不足していること
が主要な要因であるとの一致した見方となっている。現
在の感度の１０倍くらいあれば、すなわち面照度１１ｕ
ｘ　（らいで色再現のよい画儂が得られるような撮偉管
まで感度を引き上げる必要がある。

本発明の目的は上記の最大欠点である感度の向上を実現
する高感度単管カラー撮偉管を提供するにある。

第１図に本発明による高感度単管カラー撮偉管の説明図
を示す。１は集束電極、２は非晶質シリコン膜を用いた
電子衝撃ターゲット、３は電子銃、４は陽極、５はスト
ライプフィルター、６は光電面、７は外容器である。外
容器内は勿論真空に保たれている。光電面は一般に知ら
れたもので良い。

たとえば、Ｃｓ−８ｂ蒸着膜、Ｃｓ−に−８ｂ蒸着膜、
Ｃｓ−Ｎａ−に−ｓｂ蒸着膜等があり、目的に応じて選
択すれば良い。

第２図にストライプフィルターの構成例を示す。

２１は黄色（Ｙ−ＢＡＧ）、２２は緑色（Ｇ）、２３は
白色（Ｗ）、２４はシアｙ（Ｃ−ＢＡＧ）で格子状に配
列されている。各々電気信号としてはＢ　（Ｂｌｕｅ　
）信号、Ｇ　（ｇｒｅｅｎ　）信号、Ｗ（ｗｈｉｔｅ　
）信号、Ｒ（Ｒｅｄ　）信号に対応する。

なお、２５は電子ビームの走査を示す点線である。

次に本発明の１景な構成要素である非晶質シリコンを用
いた電子衝撃ターゲットについて説明する。

第３図に電子衝撃ターゲットの断面図を示す。

シリコン単結晶基板または多結晶基板１１の一部にオー
ミック電極１６を設ける。本明細書では両基板を含めて
単にシリコン結晶基板と称する。この電極は必要に応じ
てシリコン結晶板の入射側全面に設けてもよいが、光や
電子線などの放射線がこの電極層によって吸収されるの
を避けるため、シリコン結晶基板の周囲にリング状に設
けることが望ましい。シリコン結晶基板１１の入射面の
裏側には１水素を含有する非晶質シリコン層１２が形成
される。水素を含有する非晶質シリコン層は、通常シリ
コン結晶基板よりも電気抵抗が高く、蓄積モードの受光
素子の電荷蓄積層として適している。本電子衝撃ターゲ
、トにおいては、電子のエネルギーがシリコン結晶基板
１１に吸収されて導電性キャリアを発生し、このキャリ
アが非晶質シリコン暦１２に注入されてその表面に蓄積
され、電荷パターンとなる。この電荷パターンは、たと
えば撮偉管の如く電子ビームの走査の様な電荷読み出し
手段によって電気信号としてとシ出すことが出来る。

シリコン結晶板の受光部厚さは多ぐの場合５〜２００μ
ｍを用いる。入射が光の場合、シリコン結晶基板を透光
性支持板上に形成することが可能であるが、入射放射線
が電子線の場合には、支持板による透過率の減少を避け
るために、シリコン結晶基板はセルフサポート型でなく
てはならず、第３図のようにリング状・の肉厚部を設け
て基板の機械的強度を増すことが必要である。一般にこ
の肉厚部の厚みは２００〜３００μｍが適当である。

水素を含有する非晶質シリコン層１２の膜厚は、１〜１
０μｍに設定するのが好ましい。容量性残漬を低減する
ためにはこの層は厚いことが望ましいが、厚すぎると注
入キャリアの走行が困難になり、必要な電界が高くなっ
て使用上の困難が増大する。

更に、非晶質シリコン膜の膜厚は１〜３μｍの範囲がこ
とに適当で、これよシ簿いところでは暗電流が大きくな
りＳ／Ｎが低下する。厚いところでは電流利得が著しく
低下する。又比抵抗では１０１０〜１０９ｃｍが適当で
、　この範囲より低い比抵抗においては十分な解像度が
出ないし、高い比抵抗においては電流利得が著しく低下
する。

非晶質シリコン中の水素含有量は５〜４０ａｔ％が好ま
しい。

本発明者らによれば、シリコンと水素とを同時に含有す
る非晶質材料は水素の含有量の制御によって容易に１０
　”　Ｒ、（ｍ以上の高い比抵抗にすることができ、し
かも光キャリアの走行をさまたげるトラ、プが少ないた
め、焼付き現象が少なく、残漬特性が良゛好であシ、撮
儂用光導電面に用いるには極めて好ましい亀のであるこ
とが見出された。

（なお、１０”＃−ａｍ程度の比抵抗が実際上の上限で
あろう。）このような性質はシリコ／と水素とを同時に
含有する非晶質材料に若干の不純物、九とえば次素、ゲ
ルマニウム、ホウ素、リンなどが含有された場合にも見
出すことが可能である。

炭素を含有する場合には非晶質材料の比抵抗が高くなり
、ゲルマニウムを含有する場合には比抵抗が低下する。

また。ホウ素、リンなどは不純物として、非晶質材料の
導電性をそれぞれｐ型またはｎ型置シにするのに有効で
ある。

本構造の受光面の電子ビーム走査側の表面は走査電子ビ
ームの衝撃にょシニ次電子が発生したり、とが望ましい
。このような材料として、　ｓｂ、ｓ、。

Ｃｅ　Ｏ２，Ａｓ　ｚ　Ｓｅ　ｓなどが適しており、特
にｓｂ、ｓ。

のポーラス膜を約１００　ｎｍの厚みに蒸着した薄膜が
良好な特性を示す。

この非晶質シリコン層１２はグロー放電によるシランの
分解、水素を含む雰囲気でのシリコンのスパッタリング
、あるいは電子ビーム蒸着法等によって形成することが
出来る。

最も代表的なスパッター法について先ず説明する。

装置そのものは一般的なスパッタリング装置で良い。

スパッタ用のターゲットは溶融シリコンを切シ出したも
のを用いれば良い。またシリコンとゲルマニウムやカー
ボンを含有する非晶質材料の場合はこれら３種の■族元
素を組み合せたターゲットを用いる。この場合、たとえ
ば、シリコンの基板上にグラファイトやゲルマニウム等
の薄片をとう載しターゲットとするのが好都合である。

シリコンとゲルマニウムや炭素の面積受を適当に選ぶこ
とによって非晶質材料の組成を制御することが出来る。

勿論、逆にたとえば炭素基板上にシリコン薄片を設けて
も良い。更に両材料を並置してターゲットを構成しても
良いし、或いは組成の溶融物を用いても良い。

又、スバ、り用のターゲットとして、たとえば予め、リ
ン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、はう素（Ｂ）等を含んだＳｉ
を用いることによシ、これらの元素を不純物元素として
導入することが可能である。

この方法によってｎ型、ｐ型等任意の伝導型の非晶質材
料を得ることができる。また、この様な不純物のドーピ
ングによって、材料の抵抗値を変化させることが出来る
。〜１０　ρ・ｃｍ程度の高抵抗も実現出来る。なお、
この様な不純物のドーピングは、希ガス中にジボランや
ホスフィンを混合する方法も取り得る。

上述の如きターゲットを用いて、水素（Ｈ２）を種々の
混合比で含むＡｒ雰囲気中で、高周波放電を発生せしめ
Ｓｉ及びグラファイトをスパッター法、これを基板上に
堆積させることにより薄層を得ることができる。この場
合水素を含むＡｒ雰囲気の圧力は、グロー放電が維持で
きる範囲であればいずれでもよく、一般に１０−３〜Ｉ
Ｔｏｒｒ程度を用いる。水素の圧力は１０−４〜１０−
１Ｔｏｒｒの範囲で、水素分圧２〜５０％となすのが好
例である。試料基板の温度は室温よυ３００℃の間で選
択するのが良い。１５０〜２５０℃が最も実用的である
。余り低温では好都合に水素を非晶質材料中に導入する
ことが困難であり、又余り高温でも水素は逆に非晶質材
料よシ放出される傾向を持つからである。Ａｒ雰囲気中
の水素分圧を制御することによって、含有水素意を制御
する。

なお、雰囲気のＡｒはＫｒ等他の希ガスにおき替えるこ
とができる。

また、高抵抗の膜を得るに、マグネトロン型の低温高速
ヌパッタ装置が好ましい。

次に、本発明の単管カラー撮像管の動作を第１図に従っ
て説明する。

外部よりの光８はストライプフィルター５を通過し％Ｒ
％　Ｂ％Ｗ信号に対応する光に分解される。

この分解された光がフィルター上に密接して設けた光電
面６に照射されると光電面上に各色に対応した光電子が
発生する。光電子は光電面６と陽極４とに印加された加
速電圧により加速される。基本的なこの間の構成はイメ
ージインテンシファイア−と同様である。加速電子を集
束電極ｌで集束し、非晶質シリコンを用いた電子衝撃タ
ーゲット２に衝突させる。衝突電子によって発生した正
孔を非晶質シリコン膜に注入させることにより、この膜
上に電荷分布を形成する。通常の蓄積モードで使用され
る光導電型撮像管と同じ様に、この電荷分布を低速の電
子ビームで読み取ることで、テレビ信号に変換出来る。

この場合ストライプフィルターのピッチの適正化を行な
うと、Ｒ，Ｂ１Ｗ光の信号が電子ビームの走査によりあ
る一定の周波数において得られる。たとえばＲ色成分の
搬送波周波数は３．５ＭＨｚ％Ｂ色成分は５ＭＨｚにな
るようにストライプフィルタのピッチが選ばれている。

このように周波数で分離されたＲ％Ｂ％Ｗ光の信号を再
加算してカラー化が実現される。

また電子衝撃ターゲットにおける電子の増倍率は加速電
圧により異なるが、当然ながら、加速電圧の増加に伴な
い、増加率は増加する。たとえば加速電圧が１０ｋＶで
増加″Ｉｌ（電流利得）は１６００．６ｋＶで５００く
らいである。

この様に電子衝撃ターゲットとストライプフィルターを
有するイメージインテンシファイアとの結合により、高
感度化が実現できる。更に電子衝撃で発生した正孔が高
抵抗な非晶質シリコン膜内で横流れを起こすことがない
ので高解儂度が期待できる。また従来の電子衝撃ターゲ
ットのように９％　ｎ型のモザイクパターンを作成する
必要がない。従って、プルーミングがなく、シかもプロ
セスが簡単になるため低コスト化が可能である。

なお本発明は位相分離方式にも適用可能である。

実施例 ２０ｍｍ−１０，２ｍｍｔのシリコン基板（ｎ量比抵抗
〜１００Ω・ｃｍ）をまず第３図の１１に示すように受
光部を工、チングして薄膜化する。エツチング液はＨＦ
：ＨＮＯ，：　ＣＨ，Ｃ００Ｈ−ｌ：４：２である。薄
膜化したシリコンの上にスパッタ蒸着（たとえ°ば蒸着
条件放電圧力Ｐ　Ａ　ｒ　＋　Ｐ　Ｈ２５Ｘ：ｌＯ−”
Ｔｏｒｒ、ＰＨ，ｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ、周波数１３．
５６Ｍ）Ｉｇ、放電電力３００Ｗ）で水素を含有する非
晶質シリコン膜を２μｍ析出させる。析出後電子ビーム
のランディング特性を向上させるため、上記非晶質シリ
コン膜上にＡｒガス３〜６×１０−”　Ｔｏｒｒでｓｂ
、　ｓ３を蒸着させる。この様にして製作した電子衝撃
ターゲットを電子銃に取り付ける。これに第２図に示す
ようなストライプフィルターを有するイメージインテン
シフアイアを結合させることにより高感度単管カラー撮
像管が製作される。

このようにして製作した高感度単管カラー撮像管の電流
利得とカソードの加速電圧との関係を第４図に示す。こ
れから従来の単管カラー撮像管に比べて容易に感度が出
せることがわかる。次表に本発明による高感度単管カラ
ー撮像管の性能を示す。解像匿とプルーミングの性能に
特に優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単管カラー撮像管を示す断面図、第２
図はストライプフィルターの配列の例を示す説明図、第
３図は本発明に用いる電子衝撃ターゲットを示す断面図
、第４図は電流利得とカソードの回連電圧との関係を示
す図である。 １・・集束電極、２・・・非晶質シリコン膜を用いた電
子衝撃ターゲット、３・・・電子銃、４・・・陽極、５
・・・ストライプ・フィルター％　６・・・光電面、７
・・・外容器、１１・・・シリコン基板％　１２・・・
非晶質シリコン膜。 第１図 ｖＪ　ｚ　　因 第１頁の続き ０発　明　者　塚田俊久 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　高崎幸男 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　平井忠明 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光入射側に少なくとも色分解用フィルターとこれに対応
   し九光電面を有し、この光電面に対向して電子衝撃ター
   ゲットと、これら光電面と電子衝撃ターゲット間に電子
   集束電極、および陽極が外容器中に配設され、前記電子
   衝撃ターゲットは少なくともシリコン基板上に含水素非
   晶質シリコン膜が設けられて構成され、前記電子衝撃タ
   ーゲットに対向して前記非晶質シリコン膜に蓄積された
   電荷パターンを電荷読み出しする手段を有して成る単管
   カラー撮儂管。