NL7908196A - Stralingsgevoelig scherm. - Google Patents

Description

79 3492/Ar/asm * • *

Aanvraagster : Hitachi, Ltd., Tokyo, Japan.

Titel : Stralingsgevoelig scherm.

De uitvinding heeft betrekking op een nieuw stralingsgevoelig scherm.

Een voorbeeld van voor opslag te gebruiken gevoelige schermen is de trefplaat van een fotogeleidende opnamebuis zoals weergegeven 5 in fig. 1. Deze buis is opgebouwd uit een lig- doorlatend substraat 1, dat gewoonlijk de frontplaat wordt genoemd, een doorzichtige geleidende laag 2, een fotogeleidende laag 3, een elektronenkanon 4, en een omhulling 5. Het optische beeld van invallend licht 7, dat door de frontplaat 1 op de fotogeleidende laag 3 wordt gevormd, wordt 10 onderworpen aan foto-elektrische omzetting en opgeslagen in het oppervlak van de fotogeleidende laag 3 in de vorm van een ladings-patroon. De opgeslagen ladingen worden vervolgens afgelezen door middel van een aftastende elektronenbundel 6,

Een belangrijke eigenschap van de fotogeleidende laag 3 op 15 dit tijdstip is, dat het ladingspatroon niet vervaagd door diffusie binnen het tijdsinterval, waarin een bepaald beeldelement afgetast wordt door de aftastende elektronenbundel 6 (met andere woorden de opslagtijd). Als materialen voor de fotogeleidende laag 3 worden derhalve gewoonlijk halfgeleiders met specifieke weerstanden van 20 tenminste 10¾.cm, bij voorbeeld PbO- of Se-gebaseerd chalcogeenglas toegepast. Bij toepassing van een materiaal zoals een Si- een-kristal, waarvan de specifieke weerstand kleiner is dan 10^¾.. cm, moet het oppervlak van de fotogeleidende laag aan de door de elektronenbundel afgetaste zijde verdeeld worden in mozaiek ter 25 voorkoming van het verdwijnen van het ladingspatroon. Van deze materialen vereist het silicium-een- kristal een ingewikkelde bewerking. De halfgeleiders met een grote specifieke weerstand bezitten minder goede foto-weergevingseigenschappen, aangezien ze gewoon- 790 8 1 96 V' 1 -2- lijk bij grote dichtheden getrapte niveaus bevatten, die de doorgang van foto-dragers verhinderen. De beeldvormende inrichting bezit derhalve het nadeel, dat een lange vertragingstijd of een na-beeld ontstaat.

5 Voor de stand der techniek kan verwezen worden naar (1) Weimer et al., Electronics, 23, 5 (1950) (2) Weimer et al., RCA Rev., 12, 314 (1951), die beide betrekking hebben op vidicons, (3) Singer, Β.,ΙΕΕΕ Trans., ED-18, 11, 1016 (1971), waarin een 10 silicium-vidiconbuis is beschreven, (4) Miyashiro, S. et al., IEEE Trans., ED-18, 11, 1023 (1971), waarin een silicium-elektronen vermenigvuldigings-camerabuis is beschreven, en (5) S.M. Blumenfeld et al., IEEE Trans., ED-18, 11, 1036 (1971), 15 waarin een vidicon met een epitaxiale diode-opstelling is beschreven. De uitvinding beoogt nu de boven genoemde nadelen op te heffen en een gevoelig scherm te verschaffen, dat toegepast kan worden voor foto-sensors van het opslag-type met een groot oplossend vermogen, enz. Voorts geeft het gevoelige scherm volgens de uitvinding zeer 20 weinig na-beeld en bezit het gunstige eigenschappen met betrekking tot de vertragingstijd. Daarnaast is de vervaardiging van het gevoelige scherm eenvoudig.

De basisopbouw van het scherm volgens de uitvinding wordt- in het hierna volgende gedeelte toegelicht.

25 Het gevoelige scherm volgens de uitvinding kan toegepast worden voor de ontvangst van infra-roodstraling, zichtbare straling, elektronenbundels, enz. Deze invallende lichtstralingen en elektronenbundels zullen hierna eenvoudigweg aangeduid worden als "straling". Fig. 2 toont een bovenaanzicht van een gevoelig schemen fig. 3 30 een doorsnede langs de lijn A-A" in fig. 2. Een ohmse elektrode 21 is aangebracht op een deel van een silicium- eenkristal substraat of polykristalliyisubstraat 20. In de hierna volgende beschrijving zullen beide substraten eenvoudigweg aangeduid worden als 790 8 1 96 * % -3- "silicium-kristalsubstraat". Indien noodzakelijk, kan de elektrode eveneens aangebracht zijn op het gehele oppervlak van het silicium-kristalsubstxaat aan de zijde, waar de straling binnenkomt. Deze elektrode laag wordt echter bij voorkeur aangebracht in de vorm van 5 een ring aan de buitenrand van het silicium-kristalsubstraat om absorptie van de straling zoals licht en eiektronenbundels te vermijden. Op de andere zijde van het silicium-kristalsubstraat 20 dan die, waar de straling binnenkomt, is een waterstof-bevattende amorfe siliciumlaag 22 gevormd. De waterstof-bevattende amorfe 10 silicium laag bezit gewoonlijk een grotere elektrische weerstand dan het silicium-kristalsubstraat en is geschikt als lading- bewarende laag van een fotosensor van het opslag-type. Bij dit gevoelige scherm wordt de energie van de invallende straling geabsorbeerd door het silicium-kristalsubstraat 20 en worden geleidende dragers 15 gevormd, die in de amorfe siliciumlaag 22 worden geüjecteerd en in het oppervlak daarvan worden opgeslagen onder vorming van een ladingspatroon. Dit ladingspatroon kan ontnomen worden in de vorm van elektrische signalen door middel van afleesmiddelen, bij voorbeeld door aftasten met een elektronenbundel zoals bij een beeld-20 opnamebuis.

Hoewel de dikte van het gevoelige gedeelte van het silicium- kristalsubstraat 20 afhankelijk van de beoogde toepassing van het ,5-30 gevoelige scherm kan veranderen, is een dikte van /-^m geschikt voor de opname van een beeld van zichtbaar licht of elektronenbundels 25met grote snelheid en een dikte van 30-100 ^jm voor ontvangst van in-fra-roodstraling.. Wanneer de invallende straling bestaat uit licht, is het mogelijk om het silicium-kristalsubstraat te vormen op een licht-doorlatende steunplaat. Wanneer de invallende straling echter bestaat uit een elektronenbundels, moet het silicium-kristalsubstraat 30van het zelfdragende type zijn om afname van de doorlatingsfactor ten gevolge van de steunplaat te vermijden ën moet de mechanische sterkte van het substraat verhoogd worden door vorming van een ringvormig dik gedeelte zoals weergegeven in fig. 3. In het algemeen is 790 8 1 96 4 * v -4- voor het dikwandige gedeelte een dikte van 200-300 pm geschikt.

De dikte van de waterstof-bevattende amorfe siliciumlaag 22 bedraagt met voordeel 1-10 pm. Met het oog op de vermindering van de capacitieve vertraging zoals bij de beeldopnamebuis, is het gewenst, 5 dat de laag dik is. Wanneer deze echter te dik is wordt de doorgang van. de geïnjecteerde dragers moeilijk. Dientengevolge wordt het vereiste elektrische veld sterker en wordt het gebruik van het gevoelige scherm moeilijker. Bij voorkeur bedraagt het waterstofgehalte van het amorfe silicium 5-40 at.-#. Wanneer de waterstofdichtheid kleiner i$, 10 wordt de specifieke weerstand van de amorfe siliciumlaag kleiner dan 10^¾. .cm en is deze ongeschikt voor het fotogeleidende scherm van het opslag-type van een beeldopnamebuis. Wanneer de waterstofdicht-heid groter is, wordt het verschil in specifieke weerstand tussen de amorfe silicium laag en het silicium-kristalsubstraat aanzienlijk 15 en neemt de doelmatigheid, waarmee de in het silicium-kristalsubstraat opgewekte geleidende dragers in de amorfe siliciumlaag worden geïnjecteerd, af, waardoor de gevoeligheid verminderd wordt.

Het waterstofgehalte van het amorfe silicium en de respectievelijke eigenschappen met betrekking tot de gevoeligheid, het oplossend 20 vermogen en afbladdering zijn vermeld in de onderstaande tabel.

Tabel A

waterstofgehalte gevoeligheid oplossend afbladdering (at.#) vermogen 0 slecht slecht aanwezig 5 goed middelmatig niet aanwezig 25 10 goed goed " ·" 20 goed goed 30 goed goed " " 40 middelmatig middelmatig " " 50 slecht slecht aanwezig 790 8 1 96 % -5-

Men heeft gevonden; dat een amorf materiaal, dat tegelijkertijd silicium en waterstof bevat, de volgende voordelen beziten buitengewoon geschikt is voor toepassing in het beeldvormende gevoelige scherm . (1) Aan het amorfe materiaal kan gemakkelijk een grote spe-5 cifieke weerstand van tenminste 10 jOl .cm door regeling van het waterstofgehalte. (2) Aangezien het aantal getrapte gedeelten, dat de doorgang van foto-dragers belemmerd, klein is, vindt bovendien weinig na-beeldvorming plaats en zijn de eigenschappen met betrekking tot de vertragingstijd goed. (Een specifieke weerstand van 14 10 10 -ÜL.cm zal in de praktijk de bovenste grens zijn). Dergelijke eigenschappen kunnen evneens verkregen worden wanneer een of andere verontreiniging, bij voorbeeld koolstof, germanium, borium of fosfor in het silicium en waterstof bevattende amorfe materiaal aanwezig is. Bij aanwezigheid van koolstof neemt de specifieke 15 weerstand van het amorfe materiaal toe en bij aanwezigheid van germanium af. In het bijzonder is germanium geschikt voor de regeling van het spectrale respons. In een op silicium en germanium gebaseerd t waterstof-bevattende amorf materiaal is germanium dikwijls aanwezig in een hoeveelheid van 10-50 ai# ten opzichte van het silicium.

20 Borium en fosfor zijn als verontreinigingen doelmatig om de geleidbaarheid van het amorfe materiaal resp. van het p-type en het n-type te maken. Deze verontreinigingen worden met voordeel toegepast -3 in een hoeveelheid van ongeveer 1 x 10 tot zoals nodig is.

Wat zuurstof kan ingevoerd worden tijdens de vervaardiging van 25 het amorfe materiaal.

Aangezien het oppervlak van het gevoelige scherm van de structuur, dat afgetast moet worden door een elektronenbundel, geneigd is om de donker-stroom te verhogen ten gevolge van secundaire elektronen, die opgewekt worden door het bombardement met de aftastende elektronen-30 bundel of ten gevolge van de injectie van de aftastende elektronenbundel, wordt het met voordeel van te voren bedekt met een dunne laag van een geschikt materiaal. Geschikte materialen hiervoor zijn Sb^Sg/ CeÜ2, As2Se2, enz. In het bijzonder geeft een dunne poreuze 790 8 1 96 4 # · -6- laag Sb2S2, die opgedampt is met een dikte van ongeveer 100 nmf goede eigenschappen.

De uitvinding biedt de volgende voordelen: (1) Aangezien de amorfe siliciumlaag 22 aanwezig is als laag voor de 5 opslag van . de lading met een groot oplossend vermogen is het niet nodig om de mozaïekstructuur te vormen ter voorkoming van zijdelingse diffusie van ladingen aan de door de elektronenbundel afgetaste zijde zoals bij de bekende silicium-trefplaat. Dientengevolge is de structuur van het gevoelige scherm vereenvoudigd.

10 (2) Tegelijkertijd is het oplossend vermogen toegenomen.

(3) Wanneer intensief invallend licht is binnengetreden/ ondergaat de bekende silicium-trefplaat de als "troebeling" aangeduide diffusie van het beeld ten gevolge van de door de diffusie van ladingen tussen beeldelementen veroorzaakte kortsluiting. Bij de trefplaat 15 volgens de uitvinding vindt noch een dergelijk verschijnsel noch een na- beeldvorming ten gevolge van intensieve belichting plaats.

(4) Het gevoelige scherm volgens de uitvinding vereist geen ondersteunende drager zoals bij de bekende gevoelige schermen van of PbO en kan van het zelfdragende type gemaakt worden. Het is der-20 halve niet alleen geschikt als gevoelig scherm voor optische beelden doch tevens voor de vorming van beelden met behulp van elektronenbundels .

(5) De capaciteit van het gevoelige scherm wordt niet bepaald door de capaciteit van het p-n overgang zoals bij de bekende opnamebuis 25 met silicium-trefplaat, doch wordt bepaald door de capaciteit van de amorfe siliciumlaag. De capacitieve vertraging kan derhalve verminderd worden door geschikte keuze van de dikte van de amorfe siliciumlaag.

(6) Aangezien het kristallijne siliciumsubstraat bedekt is met de 30 amorfe siliciumlaag van dezelfde soort zijn de bindende eigenschap- 'pen tussen deze bestanddelen beter dan wanneer enige andere foto-geleidende laag wordt aangebracht.

(7) De amorfe siliciumlaag 22 kan gevormd worden door ontleding van 790 8 1 96 -7- % t silaan onder toepassing van glimontlading, kathodeverstuiving van het silicium in een waterstof-bevattende atmosfeer, opdampen met behulp van een elektronenbundel en dergelijke. Dientengevolge is de vervaardiging zeer eenvoudig.

5 De uitvinding zal nader toegelicht worden in de hierna volgende beschrijving van een aantal voorkeursuitvoeringsvormen aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Fig. 1 een doorsnede door een fotogeleidende opnamebuis als voorbeeld van een fotosensor van het opslag-type, 10 fig. 2 en 3 resp. een bovenaanzicht en doorsnede van een gevoelig scherm volgens de uitvinding, fig. 4 een doorsnede van een uitvoeringsvorm, fig.. 5 een schema ter toelichting van een inrichting voor de vorming van een amorfe siliciumlaag, ^ 15 fig. 6 een opstelling ter toelichting van een voorbeeld, waar in het gevoelige scherm volgens de uitvinding geschikt gemaakt wordt voor de ontvangst van elektronenbundels, fig. 7 een opstelling ter toelichting van een voorbeeld, waarin * het gevoelige scherm volgens de uitvinding toegepast wordt voor een 20 beeldversterker van het directe omzettings-type en fig. 8 een doorsnede van een voorbeeld van een trefplaat voor elektronenbombardement toont.

Alvorens concrete voorbeelden te beschrijven zullen werkwijzen voor de vervaardiging van een amorf materiaal voor toepassing bij de 25 onderhavige uitvinding toegelicht worden. Allereerst zal als meest typisch voorbeeld de kathodeverstuiving besproken worden.

Fig. 5 toont een schema van een inrichting voor kathodeverstuiving. De inrichting zelf is een gebruikelijkverstuivingsinrichting en bevat een vat 101, dat onder vacuüm gebracht kan worden, een 30 verstuivende trefplaat 102, een substraat monster 103 een sluiter 104, een ingang 105 vanaf een verstuivende hoog frequent-oscillator, een verhitter 106 voor de verhitting van de substraten, een koel-waterleiding 107 voor de koeling van de substraten, een toevoer 108 790 8 1 96 -8- voor de toevoer van zeer zuivere waterstof, een toevoer 109 voor de toevoer van een gas, zoals argon, een gashouder 110, een drukmeter 111, een vacuümmeter 112 en een met een evacuatiesysteem verbonden opening 113.

5 Als verstuivende trefplaat kan gebruik gemaakt worden van een trefplaat, die verkregen is door uitsnijden van gesmolten silicium. Bij een amorf materiaal, dat silicium en germanium en/of koolstof bevat, wordt een trefplaat met een combinatie van de drie soorten van elementen uit de groep IV toegepast. In dat geval wordt 10 de trefplaat met voordeel vervaardigd door bij voorbeeld een schijfje grafiet of germanium op een siliciumsubstraat aan te brengen. Door een geschikte keuze van de oppervlakteverhouding tussen het silicium en het germanium of de koolstof kan de samenstelling van het amorfe materiaal geregeld worden. Het is vanzelfsprekend ook mogelijk om 15 bij voorbeeld een schijfje silicium op een koolstofsubstraat aan te brengen. Voorts kan de plaat eveneens vervaardigd worden door beide materialen naast elkaar te plaatsen of door gebruik te maken van een smelt van de samenstelling.

Wanneer als trefplaat voor het verstuiven gebruik gemaakt wordt 20 van silicium (Si), waarin tevoren bij voorbeeld fosfor (P), arseen (As) of borium (B) is opgenomen, kan een dergelijk element ingevoerd worden als verontreiniging. Met deze methode kan een amorf materiaal van elk gewenst geleidbaarheidstype zoals het n-type en p-type verkregen worden. Bovendien kan de weerstand van het materiaal ge- 25 wijzigd worden door doteren met een dergelijke verontreiniging. Zelfs 13 een hoge weerstand ter grootte van 10 £L cm kan verwezenlijkt worden. Een dergelijke dotering kan eveneens tot stand gebracht worden door vermenging van diboraan of fosfine in een edelgas.

Met behulp van de beschreven inrichting brengt men een hoog 30 frequente ontlading tot stand in een argon atmosfeer, die waterstof in verschillende mengverhouding bevat teneinde het silicium en grafiet te verstuiven en af te zetten op het substraat. Aldus wordt een dunne laag verkregen. In dit geval kan de druk van de waterstof- 790 8 1 96 -9- bevattende argon atmosfeer elke waarde bezitten binnen een gebied, waarin de glimontlading op gang gehouden kan worden. Gewoonlijk 3 4 bedraagt de druk ongeveer 10 -1 torr. De waterstofdruk kan 10 - 10 ^ torr bedragen en de partiële waterstofdruk bedraagt met voor-5 deel 2-50$. De temperatuur van het substraatmonster kan gekozen worden tussen kamertemperatuur en 300°C. Temperaturen van ongeveer 150-250°C zijn het meest praktisch. De reden hiervoor is, dat bij de lage temperaturen de opname van waterstof in het amorfe materiaal moeilijk is, terwijl bij de hoge temperaturen de waterstof uit het 10 amorfe materiaal wordt gedreven. Het waterstofgehalte wordt geregeld door een regeling van de partiële waterstofdruk in de argon atmosfeer. Wanneer de hoeveelheid waterstof in de atmosfeer 5-20$ bedraagt kan een hoeveelheid van ongeveer 10-30 at.$ in het amorfe-materiaal opgenomen worden. Bij gebruik van andere samenstellingen 15 kan de partiële waterstofdruk geregeld worden met het doel om ruwweg dit gehalte te bereiken. Het waterstofgehalte in het materiaal werd bepaald door meting van het door verhitting gevormde waterstofgas door middel van massaspectrometrie.

*

De argon atmosfeer kan vervangen worden door een ancfer edel-20 gas zoals kripton (Kr).

Voor het verkrijgen van een laag met grote weerstand is een bij lage temperatuur en met hoge snelheid werkende verstuivingsin-richting van het magnetron-type voordelig.

De tweede methode voor de vervaardiging van het amorfe materiaal 25volgens de uitvinding maakt gebruik van glimontlading.Door SiH^ te ontwerpen aan glimontlading wordt de verbinding ontleedt en worden de elementen op een substraat afgezet. Voor een silicium en koolstof-bevattend amorfmateriaal kan gebruik gemaakt worden van een gasvormig mengsel van SiH^ enCH^. In dat geval wordt de druk 30van het gasvormige mengsel van SiH^ en CH^ op een waarde van 0,1 en 5 torr· gehouden. De glimontlading kan tot stand gebracht worden door middel van de gelijkstroom - voorspanningsmethode of de radiofrequente ontladingsmethode. Door wijziging van de verhouding 790 8 1 96 i , -10- ναη SiH^ en CH^ in het gasvormige mengsel kan de hoeveelheid Si en C geregeld worden.

De uitvinding zal nu nader toegelicht worden door de hierna volgende voorbeelden.

5 Voorbeeld I

In dit voorbeeld wordt verwezen naar fig. 4.

Men vormt een ringvormige elektrode 21 op het omtreksgedeelte van een glassubstraat^ lQ-met een dikte van 2,5 mm en een straal van 13 mm. Men vervaardigt de elektrode van chroom en geeft deze 10 een dikte van ongeveer 500 nm. Anderzijds etst men een cirkelvormig siliciumkristal met een dikte van 200 pm en een straal van 11 pm in het gedeelte met een inwendige diameter van 20 mm met fluorwaterstofzuur en salpeterzuur tot een dikte van 15 jum. Apiezone-was wordt met voordeel toegepast als masker voor het etsen. Men 15 verbindt het aldus vervaardigde siliciumkristal 20 met zilverpasta aan de elektrode 21.

Vervolgens plaatst men het verkregen glaslichaam in een ver-stuivingsinrichting. De toegepaste verstuivingsinrichting is van het type zoals besproken aan de hand van fig. 5. Onder een argon- -3 -3 · 20 druk van 5 x 10 torr en een partiële waterstofdruk van 1 x 10 torr zet men silicium af door verstuiven. De frequentie bedraagt 13,56MHz en het ingangsvermogen 300 W. Hierdoor wordt een amorfe-siliciumlaag 22 met een waterstofgehalte van 25 at.$ met een dikte van 3 pm gevormd. Voorts wordt een Sb2Sg laag 23 als bundel-opvangende laag 25met een dikte van 100 nm in een argon atmosfeer bij een druk van _2 5 x 10 torr op de amorfe-siliciumlaag opgedampt en gevormd.

Aldus wordt een gevoelig scherm voor foto-elektrische omzetting verkregen.

Men plaatst het gevoelige scherm als trefplaat in een beeldop-SOnamebuis zoals weergegeven in fig. 1 en onderzoekt de eigenschappen van de buis. Bij een trefplaatspanning van 30 V . werden goede resultaten verkregen: een gevoeligheid voor wit licht van 0,1 yk/lvx, een oplossend vermogen van 900 TV-lijnen,een vertragingstijd van 790 8 1 9ö .-11- minder dan 1 sekonde, een na-beeldvorming van 9% en afwezigheid van troebeling. De spectrale respons van de beeldopnamebuis bevat een piek bij een golflengte van 1,1 pm en kwam in hoofdzaak overeen met dat van kristallijnsilicium.

5 Zelfs bij toepassing van een polykristallijne plaat als sili- ciumsubstraat kunnen soortgelijke resultaten verkregen worden met betrekking tot de ladingsopslag in de amorfe siliciumlaag. Het gebruik van een . eenkristal-plaat verdient echter de voorkeur, aangezien de gelijkmatigheid in een beeld niet nadelig beïnvloed 10 wordt door de korrelgrens.

Voorbeeld II

In dit voorbeeld wordt het gebruik van een gevoelig scherm volgens de uitvinding voor de ontvangst van elektronenbundels toegelicht aan de hand van fig. 6, waarin 61 een elektronenkanon en 62, 15 63 en 64 resp. een condensorlens, een objectieflens en een projectielens aangevèn. Al deze onderdelen zijn hetzelfde als bij de constructie van een gebruikelijke elektronenmicroscoop. Voorts is een monster 60 en het uiteindelijke beeld van dit monster 70 weer-* geven. Het gevoelige scherm 65 volgens de uitvinding wordt op de 20 plaats van het uiteindelijke beeld aangebracht. Aldus worden in het gevoelige schernopgeslagen ladingen evenals in de beeldopnamebuis als elektrische signalen afgenomen door aftasten met elektronenbundels .

Het gevoelige schemwordt op de volgende wijze vervaardigd.

25 Men etst een gedeelte met een inwendige diameter van 20 mm van het cirkelvormig siliciumkristal met een dikte van 200 pm en een straal van 11 mm tot een dikte van 5 pm. Op de achterzijde van het siliciumkristal verstuift men een amorfe Si-Ge-legering, waarin de hoeveelheid Ge 10 at.% bedraagt, ter dikte van 2 pm met behulp 30 van een verstuivingsinrichting van het magnetron-type. De argondruk -3 tijdens het verstuiven bedraagt 8 x 10 torr en de partiële water--3 stofdruk 3 x 10 torr. Voorts zet men een laag Ce0« met een dikte Δ -2 van 50 nm in een argon atmosfeer onder een druk van 7 x 10 torr 790 8 1 96 / -12- op de amorfe Si-Ge legering af.

Evenals bij de beeldopname-buis plaatst men het elektronenbun-del-aftastorgaan aan de zijde van de waterstof-bevattende amorfe Si-Ge-laag van het gevoelige scherm. Men plaatst het siliciumkristal-® substraat 67 evenals de waterstof-bevattende amorfe silicium-germa-niumlaag 68 op een signaal elektrode 66 in de vorm van een ringvormige metalen plaat. De metalen plaat 66 vormt de basisplaat voor het overige beeldvormende gedeelte en een vat met de middelen voor het aftasten met elektronenbundels wordt bevestigd.

10 Het vat bevat een aftastend elektronenkanon 69. Het inwendige van een buis wordt geëvacueerd tot 5 x 10 torr en door elektronenbombardement met hoge snelheid onder een versnellingsspanning van 180 KV wordt een beeld 70 op het oppervlak van het siliciumkristal 67 gevormd. De zijde van het CeC^ oppervlak wordt afgetast met een 15 elektronenbundel met lage snelheid door het elektronenkanon. De op 3 dit tijdstip verkregen stroomopbrengst bedraagt 5 x 10 . Aldus werd vastgesteld, dat het gevoelige scherm bruikbaar is als tref-plaat van het elektronen-vermenigvuldigings-type.

Voorbeeld III

20 In dit voorbeeld wordt toegelicht, hoe een gevoelig scherm volgens de uitvinding toegepast wordt als elektronenbombardements-trefplaat van een röntgenfluorescenfie-versterkerbuis.

Fig, 7 toont een doorsnede van de röntgenfluorescentie-ver-sterkerbuis. Behalve een uitgangsgedeelte is deze buis in principe 25 hetzelfde als een gebruikelijke inrichting. Een ingangsscherm is aan de ingangszijde in een in hoofdzaak van glas of dergelijke vervaardigde omhulling aangebracht. Het ingangsscherm is zo geconstru-eerd, dat een fluoreserend ingangsscherm 12 gevormd is op de uit-gangszijde van het substraat 11, dat gewoonlijk van aluminium of 30 glas is vervaardigd, en een foto-elektrische laag 13 gevormd is op het fluoreserende ingangsscherm. Het fluorescerende ingangsscherm 12 is vervaardigd van cesiumjodide of een soortgelijk alkalimetaalhalo-genide als basis materiaal, waarin gewoonlijk Na, Li, Tl of derge- 790 8 1 96 -13- lijke als activator is opgenomen. Gewoonlijk bezit het fluorescerende ingangsscherm een dikte van ongeveer 100-500 jjm. In het algemeen is de foto-elektrische laag 13 een op cesium en antimoon gebaseerde foto-elektrische laag met een dikte van ongeveer 1 pm of minder.

5 Een anode 16 en de elektronenbombardements-trefplaat 14 zijn aan de uitgangszijde in de omhulling 19 aangebracht. Voorts bevindt zich een focusserende elektrode 17 binnen de mantel 19, zodat deze zich langs de zijwand daarvan uitstrekt. Het inwendige van de mantel 19 wordt vanzelfsprekend onder vacuüm gehouden. Voorts wordt 10 een elektronenkanon 15 of een soortgelijk orgaan voor het afnemen van opgeslagen ladingen tegenover de elektronenbombardements-tref-plaat 14 opgesteld. Het elektronenkanon kan een gebruikelijk kanon van het vidicon-type zijn.

Aldus wordt evenals bij de gebruikelijke röntgenfluorescer.tie-15 versterkerbuis veroorzaakt, dat opgewekte foto-elektronen met behulp van de focusserende elektrode tegen de elektronenbombardements-trefplaat bonzen en direct omgezet worden in elektrische signalen.

Fig. 3 toont de doorsnede van de elektronenbombardements-tref-plaat 14. De trefplaat is gewoonlijk cirkelvormig. Een ohmse elektrode 20 21 is aangebracht op een deel van een uit een silicium- eenkristal of polykristallijnsilicium vervaardigd substraat 20. Deze elektrode is ringvormig en aangebracht in het omtreksgedeelte van het silicium-kristalsubstraat ter vermijding van de absorptie van elektronenbundels door de elektrodelaag. Een waterstof-bevattende amorfe halfgeleider 25 laag 22 is op de achterzijde van het siliciumkristalsubstraat 20 tegenover gesteld aan het ingangsoppervlak aangebracht. De amorfe half-geleiderlaag is vervaardigd van amorf-silicium, germanium-bevattend amorf silicium of dergelijke.

Aangezien het oppervlak van de trefplaat van deze structuur 30aan de met de elektronenbundel afgetaste zijde geneigd is om de donkerstroom te vergroten ten gevolge .van de opwekking van secundaire elektronen door het bombardement met de aftastende elektronenbundel of ten gevolge van de injectie van de aftastende elektronenbundel, 790 8 1 96

V

-14- word t deze zijde met voordeel bedekt met een dunne laag 23 van het geschikt materiaal, zoals Sb2Sg, CeC^, As2^2> enz· ·*·η het bijzonder een met een dikte van ongeveer 100 nm opgedampte dunne poreuze laag Sb2Sg geeft goede eigenschappen.

5 De elektronenbombardements-trefplaat zal nu nader beschreven worden aan de hand van een concreet voorbeeld.

Men etst een cirkelvormig siliciumkxistal met een dikte van 200 /jm en een straal van 11 mm over een gedeelte met een inwendige diameter van 20 mm met behulp van floorwaterstofzuur en salpeter- 15 zuur tot een dikte van 15 jjm. Apiezone-was kan met voordeel toegepast worden als masker voor het etsen. Het aldus vervaardigde siliciumkristal 20 wordt met zilverpasta op de elektrode 21 gehecht.

Vervolgens plaatst men het aldus vervaardigde glaslichaam in -3 20 een verstuivingsinrichting. Onder een argondruk van 5 x 10 torr -3 en een partiële waterstofdruk van lx 10 torr wordt silicium afgezet door verstuiven. De frequentie bedraagt 13, 56 MHz en het ingangsvermogen 300 W. Aldus kan een amorfe siliciumlaag 22 met een waterstofgehalte van 25 at.# met een dikte van 3 jüm gevormd worden.

25 Voorts wordt een 5b_S_ laag 23 met een dikte van 100 nm in een Δ ó _2 argon atmosfeer onder een druk van 5 x 10 torr opgedampt en gevormd op de amorfe siliciumlaag.

Aldus kan een elektronenbombardements-trefplaat worden vervaardigd.

30 Men plaatst een elektronenkanon 15 van het vidicon-type tegenover de elektronenbombardements-?trefplaat. Een uitwendige aansluit-klem 18 wordt met de elektrode 21 verbonden. De trefplaatspanning bedraagt bij voorbeeld ongeveer 30 V.

Een voorbeeld van een waterstof-bevattende amorfe SiGe-laag 35 als trefplaat zal nu worden beschreven.

Men etst een cirkelvormig siliciumkristal met een dikte van 200 urn en een straal van 11 mm over een gedeelte met een inwendige diameter van 20 mm tot een dikte van 5 ym. Op de achterzijde van het 790 8 1 96

V

-15- siliciumkristal verstuift men een amorfe Si-Ge-legering, waarin de hoeveelheid Ge Ί0 at./S bedraagt, met een dikte van 2 jjri met behulp van een verstuivingsinrichting van het magnetron-type. De argondruk -3 tijdens het verstuiven bedraagt 8,5 x 10 torr en de partiële -3 5 waterstofdruk 3 x 10 torr. Voorts zet men een Se0„laag met een z -2 dikte van 52 nm in argon atmosfeer onder een druk van 7 x 10 torr .

i op de amorfe Si-Ge -legering af.

Evenals bij de beeldopnamebuis plaatst men het elektronenbundel-aftastorgaan-aan de zijde van de waterstof-bevattende amorfe Si-Ge-10 laag van het gevoelige scherm.

Aldus wordt een beeldversterker van het directe omzettingstype met een fluorescerende ingangslaag, een foto-elektrische laag en een elektronenbombardementstrefplaat verkregen. Bij aanleggen van een gelijkstroomspanning van 25 KV over de foto-elektrische laag 15 (kathode) en de anode en een gelijkstroomsspanning van 100-200 V op de focusserende elektrode wordt een door röntgenstraling gevormd beeld afgenomen als videosignalen. De omzettingscoëfficient bedraagt 200 cd/m /mR/S en het oplossend vermogen 5,0 1 /mm.

Γ

Dientengevolge bezit de beeldversterker volgens de uitvinding een 20 grotere gevoeligheid en een groter oplossend vermogen dan een gebruikelijke beeldversterker.

- conclusies - 790 8 1 98

Claims (7)

1. Stralingsgevoelig scherm, gekenmerkt door een kristallijnsiliciumsubstraat aan de zijde van de invallende straling en een waterstof-bevattende amorfe siliciumlaag aan een zijde van het substraat tegenovergesteld aan de zijde van de in- 5 vallende straling.

2. ' Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het waterstofgehalte van de amorfs siliciumlaag 5 tot 40 at.# bedraagt.

3. Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1 of 2, 10 met het kenmerk, dat 10 tot 50# van het silicium in de amorfe siliciumlaag vervangen is door germanium.

4. Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de dikte van de waterstof- 15 bevattende amorfe-siliciumlaag 1 tot 10 /jm bedraagt*

5. Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat de dikte van het gevoelige gedeelte van het kristallijnensiliciumsubstraat 5 tot 30 jum bedraagt.

6. Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1-4, 20 met het kenmerk, dat de dikte van een gevoelig gedeelte van het kristallijnensiliciumsubstraat 30 tot 100 jjm bedraagt.

7. Stralingsgevoelig scherm volgens conclusie 1-6, met het kenmerk, dat een bundel-opvangende laag aangebracht is op de amorfe siliciumlaag. 790 8 1 96