JPS5939857B2 - 走査変換型蓄積管の動作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査変換型蓄積管の動作方法に関し、更に詳細
には、絶縁物単結晶基板を用いた蓄積ターゲットを内蔵
する走査変換型蓄積管において短時間でむらの少ない状
態に消去することが可能な動作方法に関する。

従来の走査変換型蓄積管は、一般に第１図に概略的に示
す如く、真空外壁１、陰極２、制御グリッド３、加速電
極４、コリメーション電極５、フィールドメツシュ電極
６、蓄積ターゲット１、偏向コイル８、及び集束コイル
９から成る。

そして、蓄積ターゲット１として、背面電極を有するシ
リコン基板上にＳｉＯ□蓄積層をストライプ状又は島状
に設けたもの又は第２図に示す如くガラス基板１０の上
に、ストライプ状、六角形、正方形、長方形、円筒等の
開孔を規則的に有するコレクタ電極１１を設けたものが
使用されている。

この種の走査変換型蓄積管によれば、画像又はその他の
情報を電荷パターンで記録し非破壊読み取りを行うこと
が可能である。

ところが５ＩＯ２蓄静層又はガラス基板１０の２次電子
放出を利用して情報の書き込みを行うものであるために
、ＳｉＯ２蓄積層又はガラス基板１０の２次電子放出率
δによって書き込み速度が制限され、周波数換算で数Ｍ
Ｈｚの書き込み速度しか得られず、高速過渡現象や繰返
しの少ない高周波信号を書き込むことは不可能であり、
主として書き込み速度の遅い画像蓄積の分野で使用され
ている。

同従来の蓄積管の書き込み速度は、電磁偏向によっても
制限されるが、仮りに電磁偏向による制限がなくとも、
蓄積ターゲットγにおける２次電子放出率によつＣ上述
の数ＭＨｚＫ制限される。

上述の如き欠点を解決するものモして本願発明者等は実
願昭５２−４７５９１号（実開昭５４−１８１６０号公
報）で絶縁物単結晶基板を用いた蓄積ターゲットを提案
した。

ところが、従来の蓄積管における消去方法では艮好な消
去が不可能なことが判明した。

即ち、従来は、例えば陰極２を接地、制御グリッド３を
Ｏ〜−７５■、加速電極４を３５０Ｖ、コリメーション
電極５を３００■、フィールドメツシュ電極６を６５０
■とし、コレクタ電極１１には消去、書き込み、読み取
りで要求される電圧を印加して動作させている。

そして消去は、例えばプライムモードとしくコレクタ電
極１１に第１交差電圧（ガラス基板の場合的３０Ｖ）以
上の３００■の電圧を印加して全面電子ビーム衝撃をな
し、蓄積面１２をコレクタ電極１１と同電位とし、しか
る後、コレクタ電極１１に例えば２０Ｖを印加し、第１
交差電圧以下の蓄積面１２を電子ビーム衝撃することに
よって蓄積面１２を陰極電位とすることによって行われ
ていた。

ところが、この方法を絶縁物単結晶基板を用いた蓄積管
に適用しても短時間でむらの少ない消去を行うことが不
用能である。

そこで、本発明の目的は絶縁単結晶基板を用いた蓄積管
に於いて、短時間でむらの少ない消去を行うことが可能
な動作方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本願の発明は、フィールドメ
ツシュ電極を有する静電集束静電偏向型電子銃と、絶縁
物単結晶基板上に少なくともコレクタ電極を設けた蓄積
ターゲットとを含む走査変換型蓄積管に於いて、前記コ
レクタ電極の電位を前記フィールドメツシュ電極の電位
以上に設定して前記蓄積ターゲットの蓄積面を一様に電
子ビームで衝撃し、前記蓄積面を前記コレクタ電極と略
同電位にし、しかる後、前記コレクタ電極の電位を、前
記電子銃の陰極よりも高く且つ前記蓄積面の前記陰極に
対する電位を２次電子放出率δが１となる第１交差電圧
よりも低くする電位に設定して前記蓄積面を電子ビーム
で衝撃することを含んで所定の消去電位差を得ることを
特徴とする走査変換型蓄積管の動作方法に係わるもつで
ある。

上記発明によれは、絶縁物単結晶基板を使用した蓄積タ
ーゲットであっても、短時間でむらの少ない消去を行う
ことが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施例について述べる。

本発明の実施例に係わる静電集束静電偏向走査変換型蓄
積管は第３図に説明的に示す如く、真空外壁２０、陰極
２１、制御グリッド２２、加速電極２３、集束電極２４
、アステイグ電極２５、垂直偏向板２６、水平偏向板２
１、コリメーション電極２８、フィールドメツシュ電極
２９、及び蓄積ターゲット３０から成る。

即ち、静電集束型電子銃と、静電偏向板と、コリメーシ
ョン電極２８と、フィールドメツシュ電極２９と、この
フィールドメツシュ電極２９に対向配置された蓄積ター
ゲット３０とから成る。

蓄積ターゲット３０は第４図に示すように絶縁物単結晶
基板３１と、該絶縁物単結晶基板３１の一方の表面に密
着し且つ規則的に配列された複数の開孔３２ａを有する
導電性コレクタ電極３２とを有する。

上記絶縁物単結晶基板３１は、電子ビーム衝撃によって
２次電子を放出するのみならず、固体内に電子−正孔体
を発生し、電子及び正孔が比較的長い寿命を有するもの
でなければならず、この実施例の場合は９９．９％以上
の純度を有し、且つ室温で１０ Ω鍋以上の抵抗値を有
する菱面体晶系に属するＡｌ２Ｏ３単結晶（サファイヤ
）で形成されている。

絶縁物単結晶基板３１はＭ２Ｏ３単結晶に限ることなく
、等軸晶系に属するＭｇＯ＋Ｍ２Ｏ３単結晶（スピネル
）、ＭｇＯ単結晶、ＣａＦ ２単結晶等で形成してもよ
い。

伺Ａｌ２Ｏ３単結晶の場合は異方性を有するがいずれの
面方位でも実施可能であり、特にＲ面（１１０２）、Ａ
面（１０１０）、０面（００１１）等が望ましい。

絶縁物単結晶基板３１の上に密着しているコレクタ電極
３２は、クロムを蒸気又はスパッタで約１μｍ以下に被
着させ、微細加工技術でストライプ状開孔３２ａを規則
的に設け、蓄積面３３を規則的に露出させたものである
。

勿論、コレクタ電極３２の開孔３２ａを六角形、正方形
、長方形、円形等にしても差支えなく、またこのコレク
タ電極３２はクロム以外の金属又は導通性が得られる半
導体薄膜で形成しても差支えない。

次に本発明の第１の実施例に係わる蓄積管の動作につい
て述べる。

この蓄積管を使用するに当っては、例えば、陰極２１を
−９００Ｖ、制御グリッド２２を陰極電位を基準にして
Ｏ〜−７５Ｖ１加速電極２３とアステイグ電極２５とコ
リメーション電極２８とを接地、集束電極２４を一５ｏ
ｏｖ。

フィールドメツシュ電極２９を１４００Ｖとし、コレク
タ電極３２は、プライム、消去、書き込み、読み取りの
各モードで要求される電位とする。

まず、消去モードについて述べると、第１の消去モード
（プライムモード）として第５図に示す如くスイッチＳ
によってコレクタ電極３２をプライム用電源Ｐに接続し
、コレクタ電極３２の電位Ｖｏをフィールドメツシュ電
極２９の電位ｖＭに非常に近い電位かこれよりも高い例
えば１４５０Ｖ（陰極を基準にして２３５０Ｖ）とする
。

この場合Ｖｏ−ｖＭ≦１００■であることが望ましい。

そして、蓄積ターゲット３０の全面即ちすべての蓄積面
３３に電子ビーム衝撃する。

この実施例の場合、加速エネルギー即ちターゲット（コ
レクタ）電圧に対する２次電子放出率（２次電子数／１
次電子数）δの変化が第６図のようになり、第１交差電
圧■１が約１５ＶのＡｌ２Ｏ３単結晶（サファイヤ）が
基板３１として使用されているので、δ〉１の領域で電
子ビーム衝撃していることになる。

これにより、すべての蓄積面３３に情報の書き込みが行
われたと同様な状態となり、プライム前に於ける書き込
み部分と非書き込み部分との区別が無くなる。

またフィールドメツシュ電極２９の電位よりもコレクタ
電極３２の電位が高く設定されているので、蓄積面３３
から放出された２次電子はフィールドメツシュ電極２９
に殆んど捕獲されず、コレクタ電極３２に捕獲されるか
、蓄積面３３に再分布し、蓄積面３３の電位はコレクタ
電極３２の電位とほぼ等しくなる。

このプライムモードが終了したら、第２の消去モードと
するために、電子ビームをカットオフし、コレクタ電極
３２をスイッチＳで消去用電源Ｅに接続し、コレクタ電
極３２に例えば−８９０■（陰極を基準にして＋１０Ｖ
）を印加し、すべての蓄積面３３に電子ビームを衝撃す
る。

この消去モードにおける電子ビーム衝撃はδ〈１の領域
で行われるので、蓄積面３３の電位は陰極２１と等しく
なり、すべての蓄積面３３とコレクタ電極３２との間に
消去電位差ＶＥ＝１０Ｖが蓄積された状態となり、書き
込み準備が完了する。

今消去電位差ｖＥを第１交差電圧Ｖ１よりりも低１ｚ）
ｌＯＶに設定する場合について述べたが、もし、消去電
位差ｖＥを第１交差電圧■１よりも高くしたい場合には
、蓄積面３３に電子ビーム衝撃をしてここを陰極電位に
保った状態でコレクタ電極３２の電圧を例えば−８８０
ｖとし、消去電位差を２０Ｖとする。

上述の如くコレクタ電極３２の電位Ｖｏをフィールドメ
ツシュ電極２９の電位■Ｍに近い電位か又はｖＭ以上に
設定してプライムすれば、効率良く消去が進み、短時間
に消去むらの少ない消去がなされる。

絶縁基板３１を用いた蓄積ターゲット３０は非常に書き
込み速度が速いために、書き込み過ぎ等によって部分的
にプライムしたと同様になり、プライム電位差Ｖｐが大
きくなり、従来の方法では消去が実行出来ない場合が発
生した。

しかし、本発明の方法によれば、消去可能になる。

又通常の動作に於いても残像が長時間消えない場合があ
るが、このような場合も、本発明の方法により均一に消
去することが可能である、 単結晶基板３１を使用した場合に従来方法で消去が難し
い理由について述べると、従来方法ではプライムモード
においてフィールドメツシュ電極２９の電位が高いため
、蓄積面３３から放出された２次電子がコレクタ電極３
２ばかりでなく、フィールドメツシュ電極２９に捕獲さ
れ蓄積面３３の電位がより高くなる傾向があること、基
板３１として絶縁物単結晶を使用しているために、蓄積
面３３の絶縁性がよく、蓄積面３３がより高い電位に維
持されることによってプライム後の電位Ｖｐが大きくな
り、消去時にコレクタ電極３２を陰極に対して第１交差
電圧Ｖ１以下に設定しても、蓄積面３３の電位■ｓがコ
レクタ電極３２の電位■ｃとプライム電位ｖＰとの和と
なり、これが第１交差電圧■１を越えるためと思われる
。

又、サファイヤ単結晶基板３１の場合、第１交差電圧■
。

が約１５Ｖであり、５１０２系基板に較べて低いことも
影響していると思われる。

蓄積面３３に情報を書き込むときには、変調電子ビーム
によってターゲット３０に選択的に電子ビームを衝撃す
る。

同この際、コレクタ電極３２をスイッチＳによって書き
込み電源Ｗに接続し、コレクタ電極３２にフィールドメ
ツシュ電極２９の電圧（１４００Ｖ）よりも高い例えば
＋９．１ ｋＶ（陰極に対して＋１０ｋｖ）を印加する
。

この書き込みは、蓄積面３３の電位をカソードに対して
第１交差電位Ｖ１以上で行うので、ビーム衝撃で書き込
みがなされた蓄積面３３の電位は、電子ビーム衝撃量に
応じて９０９０Ｖ（カソードに対して９９９０Ｖ）から
コレクタ電極３２の電位にほぼ等しい９１００Ｖ［カソ
ードに対して１０，０００Ｖ）の間になる。

また電子ビームが衝撃されない蓄積面３３の電位はコレ
クタ電極電位Ｖｏから消去電位差■Ｅ−１０Ｖを差し引
いた９、０９０ボルト（カンードに対して９，９９０Ｖ
）となる。

これにより、ターゲツト面にはコレクタ電極３２に対し
て０〜−１０■の電位差のある電荷パターンが形成され
る。

ところで、この蓄積管で書き込み電子ビーム衝撃すれば
、蓄積面３３が絶縁物単結晶基板３１で形成されている
ために、２次電子が放出されるのみならず、基板３１内
即ち固体内に電子−正孔体が発生する。

絶縁物単結晶基板３１は、電子−正孔対の寿命τが長く
、易動度μが大きい低不純物濃度、低結晶欠陥のサファ
イヤであるから、電子ビーム衝撃で蓄積面から深さ約１
μｍ以内に発生した電子−正孔対は、第１図の一次元バ
ンドダイヤグラムに示すように電界によって分離され、
正孔りは蓄積面３３の負電荷を中和し表面電位を上げる
。

電子ｅはドリフトしてコレクタ電極３２に捕獲される。

捕獲効率は前述した基板３１の不純物濃度及び結晶欠陥
即ち電子、正孔の寿命τ、及び易動度μに依存するのみ
ならず、コレクタ電極３２の形状、基板３１の厚さ、蓄
積面３３とコレクタ電極３２との電位差等にも依存する
。

上述の如くこの蓄積管では２次電子放出効果と、固体内
電子−正孔発生による固体内増幅効果との両方で書き込
みがなさ札加速エネルギーが大きい領域では第８図に示
す如く固体内増幅効果によって支配的になされる。

第８図は電子ビームの加速エネルギー（ｋｅＶ ）と、
書き込み速度と比例関係を有する電子衝撃効果（相対値
）との関係を示し、ａは２次電子放出効果による寄与を
示し、ｂは固体内増幅効果による寄与を示す。

この第８図から明らかなように、約３ｋｅＶまでは２次
電子放出効果が電子衝撃効果（書き込み速度）に寄与す
るが、これ以上では殆んど寄与しない。

これに対して、固体内増幅効果は加速エネルギーに比例
して大きくなる。

伺第８図で点線で示すフィールドメツシュ電位ＶＭ（陰
極に対して２３００Ｖ）に対応する加速エネルギーを越
える領域では、２次電子が蓄積面３３に再分布するため
に、ａで示す２次電子放出効果は固有のものからずれて
いる。

本実施例に係わる蓄積ターゲット３０は上述の如く固体
内増幅効果を有するが、従来の非晶質又は多結晶質の蓄
積層のターゲットでは固体内増幅効果を殆んど有さない
。

書き込みによって生じた電荷パターンを読み取る時には
、コレクタ電極３２をスイッチＳを介して読み取り電源
Ｒに接続し、陰極２１に対して例えば＋５■程度に設定
し、無変調電子ビームによって例えばテレビジョン受像
機に於ける走査と同様な走査をなし、電荷パターンを読
み取る。

この場合書き込みがなされた部分の電位は原理的には陰
極２１に対して一５ｖ〜＋５ｖの間の電位になっている
が、普通は消去状態の蓄積面３３に対して＋１■も書き
込みがなされていれば充分読み取りを行うことができる
。

従って書き込み状態の蓄積面３３の電位を陰極２１に対
して−５〜−４■程度とする。

書き込み部分は蓄積面３３の電位が上昇しているため読
み取りビームは書き込みレベルに応じて変調されコレク
タ電極３２に流入するが非書き込み部分は平面グリッド
効果が大きく読み取りビームのコレクタへの流入を阻止
する。

これによって書き込みに対応した電荷パターンの読み取
りが可能になる。

蓄積面３３の電位は書き込まれた部分で陰極２１に対し
て例えば−４■、書き込まれなかった部分で陰極２１に
対して例えば−５Ｖとなり、陰極よりも負電位になって
いるため読み取りビームは蓄積面３３には到達しない。

このため読み取りを行なっても、蓄積面３３の電荷パタ
ーンは破壊されない、このような読み取り方式を非破壊
読み取りと呼んでいるが、この蓄積管ではこれが可能で
ある。

以上、本発明の実施例について述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、更に変形可能なものである
。

例えば、第９図に示す如く、基板３１に背面電極３４を
設けたターゲット３０ａとし、背面電極３４に電源Ｂを
接続してもよい。

このように背面電極３４を有する場合には、高い消去電
位差を得るために、背面電極３４にコレクタ電極３２の
電圧よりも高い電圧を印加した状態で電子ビーム衝撃を
なし、しかる後背面電極の電圧を低下させて蓄積面３３
の電位を下げることによって蓄積面３３とコレクタ電極
３２との間に第１交差電圧以上の消去電位差を生じさせ
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蓄積管の概略的断面図、第２図は第１図
の蓄積管のターゲットを示す一部拡大断面図、第３図は
本発明の第１の実施例に係わる静電集束静電偏向走査変
換型蓄積管の概略的断面図、第４図は第３図の蓄積管の
ターゲットを示す一部拡大断面図、第５図は第３図の蓄
積管の動作を説明するための説明的回路図、第６図は第
３図の蓄積管における単結晶基板の加速エネルギーと２
次電子放出率との関係を示すグラフ、第７１ｆｆｉは第
３図の蓄積管におけるターゲットの説明的な一次元バン
ドダイヤグラム、第８図は第３図の蓄積管におけるター
ゲットの２次電子放出効果と固体内増幅効果とを示すグ
ラフ、第９図は本発明の変形例に係わる静電集束静電偏
向走査変換型蓄積管のターゲット部分を説明的に示す回
路図である。 尚図面に用いられている符号において、２９はフィール
ドメツシュ電極、３０はターゲット、３１は絶縁物単結
晶基板、３２はコレクタ電極、３３は蓄積面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ フィールドメツシュ電極を有する静電集束静電偏向
   型電子銃と、絶縁物単結晶基板上に少なくともコレクタ
   電極を設けた蓄積ターゲットとを含む走査変換型蓄積管
   に於いて、前記コレクタ電極の電位を前記フィールドメ
   ツシュ電極の電位以上に設定して前記蓄積ターゲットの
   蓄積面を一様に電子ビームで衝撃し、前記蓄積面を前記
   コレクタ電極と略同電位にし、しかる後、前記コレクタ
   電極の電位を、前記電子銃の陰極よりも高く且つ前記蓄
   積面の前記陰極に対する電位を２次電子放出率δが１と
   なる第１交差電圧よりも低くする電位に設定して前記蓄
   積面を電子ビームで衝撃することを含んで所定の消去電
   位差を得ることを特徴とする走査変換型蓄積管の動作方
   法。