JPS58194231A - 撮像管 - Google Patents

撮像管

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JPS58194231A
JPS58194231A JP57076736A JP7673682A JPS58194231A JP S58194231 A JPS58194231 A JP S58194231A JP 57076736 A JP57076736 A JP 57076736A JP 7673682 A JP7673682 A JP 7673682A JP S58194231 A JPS58194231 A JP S58194231A
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light
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conductive film
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石岡 祥男
Yoshinori Imamura
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高崎 幸男
Hirobumi Ogawa
博文 小川
Tatsuo Makishima
牧島 達男
Tadaaki Hirai
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    • H01J29/10Screens on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted or stored
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    • H01J29/39Charge-storage screens
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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、尚速度電子ビームで走査することによ)光電
変換信号を読み取るようにした光導電形の高速匿電子ビ
ーム足査型負帝篭方式撮像管に関するものである。
水素を含呵した非晶質シリコン(以下、a −8i:H
と略称する)は尚い元電変換効*’t;aすることが知
られており、すでに、a−f3iHH光導tSを用いた
光導電形熾遂管が提案されている(例えば、特公開昭5
4−150995)。
第1図はa−8i:H膜を用いた光導電形熾歇管の代表
的−例を示した図である。図において、1は透光性基板
、2は透明導電膜、3は透光性n型半導体層、4はa−
st:H光導電膜、5は走査電子ピームラ/ディグ層で
、走査電子ビーム6による2次電子放出比を1以下に抑
える役割をなす。練撮像管では、透明導電膜2を、図に
示すごとく、通常カソード7に対して十数Vから数十V
に正バイアスして動作させる。したがって、電子ビーム
で順次走査される撮像管ターゲット表面は走査後カソー
ド電位に平衡し、光導電膜は常に光入射側が正電位にな
るごとくバイアスされる。光が入射すると、膜内に生成
される電子は透明導電膜に、正孔は電子ビーム走査側に
流扛て、表面電位が上昇することになる。これを再度電
子ビームで走査すれは、光像に応じた表面電位上昇分が
負荷抵抗8を通して外部出力猪号として時系列的に*b
出せることになる。このような撮像管ではターゲット表
面が常に低速度電子ビームで走査されるので、以降これ
’kLP動作方式のm像官と呼ぶことにする。a−8i
sH膜は可視光に対する吸収係数が大きいために、光に
よる電子−正孔対の大半は透明導電膜近傍で生成される
ことになり、したがって正孔の走行性が特性全支配する
重要な因子となる。
以上が、現在提案されているa−8i:H撮像管の動作
原理の概略であるが、上記撮像管では以下のような欠点
がめった。
1)残像が長い。
2)一般に短波長光に対する感度が出しにくい。
3)走査電子ビームのベンディングによる画像の歪みが
出やすい。
l)には低速度走査電子ビームの抵抗と光導電ターゲッ
トの静電容量から決まる容量性残像と、光導電膜に起因
する光導電性残像がある。前者につ′ いては(イ)光
導電膜の厚みを増す方法や、(ロ)足常的にバイアスラ
イトを照射する方法が、後者については(ハ)微量、の
ボロン等の不純物をドーピングする方法や、に)第1図
に示す透光性n型半導体薄層を導入して阻止形構造にす
る方法等が提案されている。対策(ロ)、に)はたしか
に効果的であるが、これだけでは実用上不充分であり、
また対策(イ)は短波衆光感度が減少し、対策ビJは逆
に長波長光の感度ならびに残像を悪くするなどの副作用
がめった。
従って、現状以上の特性の向上は望めなかった。
本発明は、以上に述べた数々の欠点を大巾に改良した撮
像管を提供することを目的とする。上記目的を達成する
ために、本発明では、撮像管ターゲットを従来と全く異
なる構造にし、これを高速度の電子ビームで走査するこ
とにょ多信号出力を取シ出すごとくする。以下、本発明
の詳細を図面に従って具体的に説明する。
第2図に本発明の原理的動作を説明するための概略図を
示す。1は透光性基板、2は透明電極、4はa−si:
Ht−主体とする光導電体層、9は平衡メツシュ電極、
7はカソードである。動作にあたっては、透明導電膜2
にカソード7に対して通常100■以上の高い正の電圧
を印加する。又一般にターゲットの2次電子放出比(以
下δと略すンが1以上になる様にして使用する。この時
、ターゲットに近接した平衡メツシュ篭極9の電位は透
明電極2よプもさらに高くなるように設定する。このよ
うな状態で電子ビーム走査を行うと、光導電ターゲット
表面は、2次電子10t−放出して平衡メツシュ9の電
位に平衡し透明電極2に対して正の電位を取るようにな
る。したがって光導電膜にかかる電界は第1図のLP方
式に比べて逆向きになシ、光によって生じた電子−正孔
対が逆方向に流れるために、走査面電位はLP方式とは
逆に負の方向に下降することになる。次にこれを電子ビ
ーム6で走査することによシ、光儂の強度に応じ九表面
電位下降分を負荷抵抗8全通して信号として取)出す仕
組みになっている。このような走査方式を以下高速度ビ
ーム走置負帯電(HN )動作方式と呼ぶ。HN方式そ
のものは、一般に、ビーム抵抗が小さくて容量性残像が
無視できること、ビームベンディングが全く無いことな
どの特許を有するものとして、古くから知られておシ、
従来にない撮像管特性を期待することができる(例えば
特許公開昭54−44487号公報)。しかしながら、
これまで上記特長全満足せしむる光導電材料が発見され
得す、実用化されるまでには発明者は、他に先がけて、
a−8i:H膜を撮像管ターゲットに用いてこれをHN
方式で動作させる実験を何回となく文明に行うことによ
り、本方式で期待される容量性残像やビームベンディン
グの低減効果の他に、当初予想されなかった光導電性残
像の大巾低減効果や、青色光に対する感度向上効果等を
、!−8i:H膜が本来有している高効率の光電変換特
性や、熱的安定性、耐強光性や機械的な強さ等を全くそ
こなうことなしに得ることができることを発見した。
次に、第3図に本発明における撮像管ターゲット構造の
代表的−例を示す。1は透光性基板、2は透明導電膜、
11は透明導電膜からの電子の注入を阻止するための透
光性p型半導体層、4はa−8i:H光導電膜、12は
電子ビーム走置側からの正孔の注入を阻止するためのn
型半導体層、13は高速電子ビーム走置による2次電子
放出をよシ効釆的にするための2次電子放出層でめる。
4のa−8i:H光導電膜は、81板をターゲットにし
てアルゴンと水素の混合ガス雰囲気中での反応性スパッ
タリング法や、少なくともSiH,を含有する雰囲気ガ
ス中でのグロー放電CVD法等によシ得ることが出来る
。a−8i:H膜の光学的禁制帯巾は、作成時の基板温
度、水素ガス含有量、ならびにS iF4. GeH,
等の不純豐ガス童によって大巾に変えることが出来るが
、本発明に用いられるa−8i;)l膜の禁制帝巾は1
.4eVから2.2eVの範囲にあることが望ましい。
何故ならば、1.4eVよシ小さくなると、暗抵抗が下
シすぎて解儂度が悪くなったシ、不必要な近赤外感度に
感度を有する恐れ1があシ、また逆にzzev以上では
赤色光感度が低下するためである。蛾も望ましいのは1
.6eVからzoevの範囲である。
a−8isH光導電膜の膜厚は、光の吸収係数と要求す
る撮像管の分光感度から逆算して決めれば良い訳である
が、通常、0.2μmから10μmtでの範囲が適当で
、動作電圧、作成時間、面欠陥の発生確率等を考慮する
と、0.5μmから4μmの範囲が望ましい。
11の透光性p型半導体層や、12のn型半導体層、な
らびに13の2次電子放出層は必ずしも必要ではなく、
それぞれの役割fa−f3i:H膜自身にも友せること
も出来るが、本発明の効果を最も顕著にするためにはめ
った方が望ましい。
透光性p型半導体層11としては、水素と、ボロン、ア
ルミニクム等のmh族元素を含有する非晶質シリコンや
シリコン、炭素及び水素から成る非晶質固溶体が効果的
でめる。その他、透光性p型半導体層11の代シにAu
、P t、Pd等の透光性金楓薄膜(通常半透明状+1
!11c呈する)を用いて、これらとa−8i:H膜の
へテロ整流性接合を利用しても良い。
n型半導体層12としては、非晶質窒化シリコン?、水
素と燐や砒素等■1族元本を官有する非晶質シリコンな
どが望ましい。
上記p型半導体層11とn型半導体層12の膜厚はそれ
ぞれ1nm以上50nm以下であり、mb族またはVb
族元素の含有量0.5pI)mから200ppmの範囲
にあることが望ましい。この範囲以下では効果が少なく
、また多すぎると抵抗が下シすぎて感度や解像度低下を
きたす。また、上記mh族ならびにWb族不純物元素は
、上記pm半導体層ならびにn[半導体層内のみにとど
めることが必要ではなく、むしろ、1−st:H光導電
膜4の両界面から、それぞれ膜内に向って濃度が減少す
るごとく添加されることが望ましい。この場合光導電体
膜内の不純物領域も前記pm−半導体層、又はn型半導
体層とみなしても良い。
第4図(帽(b)はこうした不純物分布を例示し友もの
である。図中p、nは各々p型不純物、n型不純物であ
る。第4図(b)の如くステップ状に不純物を導入して
も臭い。
2次電子放出層13は、動作時のメツシュ電圧、すなわ
ち0.1〜l OkVで加速された走査電子に対して、
2次電子放出比が1以上であり、かつ、電気抵抗がx 
o、16Ω−1以上で、耐電子衝撃性にすぐれているこ
とが必要である。これらの条件を満たす材料としては、
酸化物、又は弗化智が64)、特に、MgOlBaO,
Cent l Nb、o、、 Az、o、。
8101 、 MgF2 、 C6F6 ALFB等が
良い。膜厚は3imから3Qnmの範囲が望ましい。
前述n@j半導体層12と上記2次電子放出層13は、
いずれかの層のみでも良く、両者の役割をいずれかの層
で兼用させることも出来る。
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 第5図を用いて本夾施例を説明する。
ガラス基板1上に、酸化スズを主体とする透明導電膜2
を形成する。次に高周波スパッタ装置において、ターゲ
ットに高純度Siを使用し、これと相対して前記基板を
設置する。装置内tlX10”l’orr以下の高真空
に排気した後、アルゴンおよび水素の混合ガスを導入し
て装置内を5×10−4〜5 x 10−”l’or 
r (7)圧カニスル。混合カス中の水素の濃度は30
〜65%とする。基板温度を150C〜aoocに設定
した後、反応性スパッタリングを行なし、透明導電膜の
形成された基板1上に膜厚的0.5〜4ttma −8
i :H膜4を堆積する。次に別の高周波スパッタ装置
において、ターゲットに高純度c eQ、を使用し、そ
れと相対してa−8i:HJIIを堆積した前記基板を
設置する。装置内をI X 1 o−”10rr以下の
高真空にした後、アルゴンを導入して5 X 10’〜
5X10−”Torrの圧力にし、基板温度を100C
〜200Cに設定してスパッタリングを行う。このよう
にして酸化セリウムから成る層13を約5nm〜30f
1mの厚さまで、a−8i:H膜の上に堆積し、これを
2次電子放出層とする。
以上によシ作られた光導電ターゲラ)t−HN方式の電
子銃と結合させ、管内を真空排気、封止し、HN動作方
式の光導電形撮像管を得た。
実施例2″ 第6図を用いて説明する。
ガラス基板上に酸化スズ、酸化インジウムを主体とする
透明導電膜2を形成する。次に高周波スパッタ装置内に
おいて、ポロンを含むSi板をターゲットとしと使用し
、それと相対して前記基板を設置する。さらに、上記3
tターゲツト上に板状Cを稿状に並べ、基板側から見た
81とCとの表面積比が1=1となるように設置する。
装置内t’l X I Q−@l116rr以下の筒真
空に排気した後、アルゴンおよび水素の混合ガスを導入
して装置内を5 X L O−’ 〜5 X I Q−
”Torr O圧カニスル。
混合ガス中の水素の濃度は30〜60%とする。
さらに基板温度を150C〜250Cに設定した後スパ
ッタリングを行ない、透明導電膜上に水素とボロンを含
有したpm、の非晶’1[5i−C半導体層(以下a−
8iC:H層と略す)11を堆積する。このp聾a−8
tc:H層11は、透明導電膜から、次に堆積するa−
8i:H層への電子の注入を阻止するためのもので、膜
厚は5〜20nmとする。次に、これを別の高周波スパ
ッタ装置内において基板側に、ターゲットに高純度Si
1 を設置する。そして実施例1で述べたa−f9i:
H光導電膜4を堆積する。さらに別の尚周波スパッタ装
置内において、ターゲットに高純度At、0゜を使用し
、それと相対して前記基板を設置する。
装置内t” I X 10−”l’orr以下の高真空
に排気した後、アルゴンを導入して5 X 10−’〜
5X10−”’portの圧力に設定し、スパッタリン
グを行ない、a−8i:H層上Kg12化アルミニウム
の層13t−形成する。この層の厚みは5〜2Qnmと
する。
上記光導電ターゲットを用いて、実施例1と同じ手順で
HN方式の撮像管を製作し友。
実施例3 第5図金層いて本実施例を説明する。本例は光導電体層
内にpm、amの不純ψを膜厚方向に導入した例を示す
ものである。第4図中)の不純物の濃度分布を有する。
ガラス基板1上に、酸化スズを主体とする透明導電膜2
を形成する。次に複数のガス導入路を待つ高周波スパッ
タ装置において、ターゲットに高純度Siを使用し、そ
れと相対して前記基板を設置し、実施例1と同様な方法
でa−Bi:H層を堆積する。友だし、最初の部分では
アルゴンと水素の混合ガスの他にさらにジボランガス(
B! HI )を導入しながら、a−8i:H中のボロ
ンの量がtooppm以下になるように設定して、3o
m〜5Qnmの膜厚まで堆積する。次にジボランガスを
止め、アルゴンと水素の混合ガス中で引き続きスパッタ
リングを行ない、実施例1に述べたa−8i:HI[t
−形成する。次に反応槽内にアルゴンと要素混合ガスの
他にさらにホスフィンガス(pHn )を導入しながら
、堆積されるa−84:H中のリンの量がxooppm
以下になるように設定してスパッタリングし、リンを含
有する層が3〜50ownになるまで堆積する。次いで
別のスパッタ装置において、ターゲットに尚純度MgO
を使用し、それと相対して前記基板を設置する。I X
 10−@’I’orr以下の高真空に排気した後、ア
ルゴンを導入し、5 X 10−’ 〜5 X 10”
’TOrrの圧力にして、スパッタリングを行う。こう
してa−8i層の上に酸化マグネシワムから成る層13
t−5〜3Qnm堆積する。上記光導電ターゲットを用
いて、実施例1と同じ手順によシHN方式の撮像管を得
な。
上記実施例1,2.3では、a−st:H,a−8iC
:Hは全て反応性スパッタリング法によって作製する場
合についてのみ述べたが、グロー放電CVD法によって
も同様の膜構造を形成することができる。
実施例4 本例は光導電体層内にpm、11の不純物を膜厚方向に
濃度勾配を持たせて導入した例を示すもので、第4図(
II)の不純物の濃度分布を有する。
ガラス基板上にI”*0it−主体とする透明導電膜を
形成する。次に複数のガス導入路を有する為周波スパッ
タリングir、rtに配置し、アルゴン、水素、ジボラ
ンガス、ホスフィンを導入し、a−8i:H膜を膜厚1
〜4μmの範囲で作成する。その際、a−5i:H中の
ボロン含有量は透明導電膜の界面近傍のsonm〜l 
Q Q nm部分のみに添加され、かつ界面で1100
pp以下とし、のちノくルプ操作により濃度がしだいに
減少するごとく分布させる。さらにまた、a−8i:H
中の燐含有量は反対側の表面近傍50nm〜toonm
s分にのみ添加され同じくパルプの操作によ、り表面が
1100pp以下で蛾も多く、内部に行くにつれて次第
に減少するごとく分布させる。上記に於いて、雰囲気ガ
ス中の水素濃度はao−6,o%の範囲で一定とする。
以上によ1得られた光導電膜の上に、前記実施例と同じ
方法で2次電子放出のための膜としてN b 、0.を
5nm〜15Qnmの厚みにスパッタリングによシ堆積
する。上記光導電ターゲットを用いて実施例1と同じ手
順によシHN方式の撮像管を作成した。
以上の実施例1〜4で得られた撮像管を図2に述べ友方
法によ、DHN動作をさせた。従来のLP動作の撮像管
に較べて、いずれの場合も残像、育色光′感度に顕著な
効果がみとめられ友。
第7図は実施例3で得られたa−st:Hを用iた本発
明による撮像管の残像特性14と従来のLP方式の撮像
管15とを比較したものである。
この図では光遮断後の信号の応答を示してお)、縦軸は
標準信号レベルに対する浅信号の比を相対値で弐わして
お)、横軸はフィールドを示している。
第7図において曲線15はLP方式を用いた従米の撮像
管における残像、曲線17はLP方式を用い九撮像管に
おける容量性残像成分の耐算値を示している。曲線15
と17との閾の斜+mi部は光導電性残像成分Bt−示
している。この関係よシ光運断後3〜5フィールドまで
は容量性の残像成分が残像の大部分を占めておプ、一方
これ以降の領域では光導電性の残像成分Bが大部分を占
めている。
一方、曲線14は本発明のHN方式を用いた撮像管にお
ける残像、曲[16はHN方式を用いた撮像管における
容量性残像成分のit真値を示している。曲線14と1
6との間の斜一部は光導電性の残像成分Aを示している
この関係よシHN方式を用いることで容量性残像16が
大巾に低減されることが明瞭であるが、更に本発明の適
用、即ち含水素アモルファス・シリコンを光導電体層に
用いることで、特に光導電性残像Aも大巾に改善されて
いる。この光導電型撮像管が大巾に改善されるのは当該
光導電体層を用いたが由″!:ある。
度の変化を、従来のLP方式にa−8i:)(を適用し
た場合19と、本発明18とで比較したものである。又
、曲線20および21は各々従来のLP方式における残
像および本発明の残glを示すものである。a−5i:
1(l(用いた従来のLP方式では、視覚的に満足でき
るような残像20を得る丸めには、膜厚を少なくとも2
μm以上にする必要がある。しかしながらこの時の青色
光感度は、膜厚が薄い場合に比べてかなり低下しており
、残像20を改善しようとして膜厚をさらに増すと青色
光感度はますます減少するため好ましくない。
これに対して先に定性的には説明したように本発明の撮
像管では、低残像、且つ残像の膜厚依存性21が無く、
さらに主たるキャリアとして使用される電子の走行性が
優れていることから、青色光感度の膜厚依存性18もほ
とんど無いことがわかる。
なお、第7図、第8図の特性は実施例2の構成のものに
ついての特性でるる。他の実施例においても同等の効果
を得ることができる。
現在実用化されているLP方式の撮像管では一般に正孔
を主たるキャリアとして使用しておシ、これにa−8i
:)(t−用いると走行性の悪い正孔を主たるキャリア
として使用しなければならない。
このため特に光導電性残像の増加、青色光感度の低下な
どが問題になっている。さらにLP方式に伴う容量性残
像を低減するために膜厚を増加することは、前記問題点
をいっそう強調する方向である。これに対し、実施例で
述べたようにa−3i:H層に2次電子放出層を形成し
た光導電体層を用いたHN方式の撮像管では、走行性の
優れた電子を主友るキャリアとして使用できるため上述
したように、従来法の問題点を大幅に改善できる。
さらに、a−5i:Hは機械的、熱的に極めて丈夫でメ
)、高速度電子ビーム走査による長時間の電子衝撃に対
して何ら特性の変化を生じないこともわかっておシ、こ
れまでにない優れた撮像管特性を得ることが期待できる
【図面の簡単な説明】
@1図は従来方式の光導電製撮像管の断面図、第2図は
本発明による光導電型撮像管の断面図、第3図、第5図
および第6図は本発明によるII&像″gターゲットの
断面図、第4図(→、(b)は各々光導電体内の不純物
の分布の例を示す図、第7図は残像の改善効果を説明し
た図、第8薗は青色光感度と残像の改善効果を説明した
図である。 1・・・透光性絶縁基板、2・・・透明導電極、3・・
・透光′性n聾半導体層、4・・・a−8i:H光導電
膜、5・・・走査電子ビームランデインク層、6・・・
走査電子ビーム、7・・・カソード、8・・・負荷抵抗
、9・・・平衡メツシュ電極、10・・・2次寛子、1
1・・・透光性p型半導体層、12・・・nfi半導体
層、13・・・2次電第 1 図 Yl 2 口 ′fJ3  口 fJ 4 口 (11) チし構噛r2 イオζノiりnull ¥J 8 凹 非晶質シリコン/)NvL4(μ笥) 第1葦の続き 0発 明 者 小川博文 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 牧島達男 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)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の透光性絶縁基板上部に透光性導′wL展、光
    導電体層および2次電子放出のための層とを少なくとも
    具備し、前記透光性導電膜を光入射側に配置したターゲ
    ットを有する高速度電子ビーム走査製負帯電方式撮像管
    であって、前記光導電体層が水素を含有する非晶貞シリ
    コンよ9実質的に成ることを特徴とする撮像管。 2 前記光導電体層がmh族又はVb族の元本の少なく
    とも一考を含有し、且mb族元素は前記透光性導電膜界
    面で含有蓋が最大値を取C1Vb族元素は前記光導電膜
    のビーム走査側で官有蓋が最大値を取る如く膜厚方向に
    含M量の分布を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の撮像管。 3、前記mb族又はVb族元索の宮M量は元本の各族に
    対しその最大値が原子数パーセントで200G)I)m
    なることを特徴とする特Wf請求の範囲第2項記載の撮
    像管。 4、 前記透光性導電膜と前記光導電体層との間に一透
    光性p型半導体層、および前記光導電体層のビーム走査
    側にn[半導体層のうちの少なくともいずれか一考を有
    することを特徴とする特許請求の範囲11g1項又は第
    2項記載の撮像管。 5、前記透光性p型半導体層が前記水素を含有する非晶
    質シリコンに■b族元素をTVせしめてなる材料で形成
    されたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の撮
    像管。 6、前記透光性p型半導体層が水素を含有し、且シリコ
    ンと炭素からなる非晶質固溶体なる材料で形成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の撮像管。 7、前記透光性導電膜と前記元4砥体層との間に前記水
    素を含有する非晶質シリコンとへテロ整流性接合を構成
    する透光性金属薄膜を有することを特徴とする特ff祠
    求の範囲第1項又は第2項記載の撮像管。 8、前記nii半導体層が水素を含有する非晶實シリコ
    ンにVb族元素を含Mせしめた材料、又は非晶質窒化シ
    リコンで形成されたことta徴とする特許請求の範囲第
    4項記載の撮gR管。 9、前記2次電子放出のための層が0.1 kVから2
    kVの加速電子衝撃に対して、1以上の2次電子放出比
    を有する層なることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    、第2項又は第4項記載の撮像管。
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