DE2350947C2 - Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine Bildaufnahmeröhre - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine BildaufnahmeröhreInfo
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Description
wählt, die zweite Schicht bei einer Substrattemperatur
zwischen 100 und 2500C und einer Verdampfungstemperatur
zwischen 700 und 900°C mit einer Schichtdicke zwischen 2 und ΙΟμιτι aufdampft und
das Tempern sm Vakuum oder einer !nertgasatmosphäre
ausführt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Substrat mit einem linearen
Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 55 χ 10- VCbis HOx 10-'/0C verwendet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 90 min lang
bei 350 bis 6500C tempert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 uder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 15 min lang bei 500 bis 600° C tempert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß »nan die zweite Schicht
aus einer einzigen Quelle aufdampt..
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend an
die erste Temperung der Schichtstruktur eine zweite Temperung bei einer Temperatur unterhalb der
ersten Tempertemperatur durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet,
daß man die zweite Temperung 20 min bis 3 h lang bei 150 bis 4000C durchführt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine
Bildaufnahmeröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 21 19 685 (Ur die beiden Fälle bekannt, daß die erste Schicht aus
ZnSe oder aus ZnS besteht, d. h. die beiden Fälle, in denen x=0 bzw. u== 1 ist. Die fotoleitende zweite
Schicht wird bei diesem bekannten Verfahren aus höchstens 30 Atom-% Tellur, höchstens 30 Atom-%
Arsen und einem Restanteil Selen gebildet. Da allgemein die Kennwerte des Ladungsspeicherschirms,
wie der Dunkelstrom und die Empfindlichkeit stark von den Materialeigenschaften dieser fotoleitenden Schicht
beeinflußt werden, erweist sich eine weitere Verbesserung dieser Kennwerte durch eine Suche nach einem
besonders geeigneten Verfahren zur Ausbildung dieser fotoleitenden Schicht als wünschenswert.
Ferner ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine Bildaufnahmeröhre
vorgeschlagen worden (DC-OS 22 17 907). bei dem auf
die auf das Substrat aufgebrachte transparente Leiterschicht zunächst die aus einer II-VI-Verbindung
bestehende n-leitfähige erste Schicht in einer Gasatmosphäre abgeschieden und einer Wärmebehandlung
unterworfen wird. Die aus Selen bestehende p-leitfähige zweite Schicht wird erst nach dieser Wärmebehandlung
abgeschieden. Solche Wärmebehandlungen in einer Inertgasatmosphäre sind an sich bekannt (DE-OS
21 41 233).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms
für eine Bildaufnahmeröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, das zu Ladungsspeicherschirmen
führt, die in Bildaufnahmeröhren eine höhere Empfindlichkeit, einen niedrigeren Dunkelstrom und
eine geringere Bildverzögerung aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Während durch diese erfindungsgemäße Lösung bereits der gewünschte niedrige Dunkelstrom, die
geringe Bildverzögerang und ein praktisch den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes überdeckende hohe
Empfindlichkeit erreicht werden, erweist es sich in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens als
besonders vorteilhaft, daß man ein Substrat mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von
55 χ 10 - 7/° C bis 110 χ iO - 7° C verwendet. Durch diese
Wahl des linearen Ausdehnungskoeffizienten kann, wie sich gezeigt hat, eine nachträgliche Störung der zweiten
Schicht durch mechanische Spannungen, die zu Haarrissen und Bruchlinien in der zweiten Schicht
führen könnten, vermieden werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben ist. Hierin zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur Messung des charakteristischen Lichtverhaltens eines aus einer Schich'strukv^r bestehenden
Ladungsspeicherschirms.
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Ladungsspeicherschirm.
F i g. 3 die spektrale Empfindlichkeit eines HeteroÜberganges,
der nach verschiedenen Aufdampfverfahren hergestellt wurde.
F i g. 4 die Photostromkurven der in F i g. 3 dargestellten HeteroÜbergänge und
Fig. 5 die spektrale Empfindlichkeit für einen unter
zwei verschiedenen Bedingungen nachgetemperten HeteroÜbergang.
In der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung bedeuten
PL "inen Lastwiderstand. VT eine Gleichspannungsquelle und Seinen Schalter.
Der Schichtaufbau eines Ladungsspeicherschirms ist in F i g. 2 im Querschnitt gezeigt. Auf ein lichtdurchlässiges
Substrat 1 ist eine transparente Leiterschicht 2 aufgebracht. Auf diese ist eine erste Schicht 3. die aus
ZnS,Sei , oder ZnuCdi «S besteht, aufgedampft und
auf dieser wiederum eine zweite aufgedampfte Schicht
4. die aus
(Zn1Cd]- ,Te), · (In2Tc1)I-,
besteht, vorgesehen.
Die in F i g. 3 dargestellten Empfindlichkeitsspektren wurden sämtlich für einen HeteroÜbergang aus ZnSc
und
aufgenommen. Die jiiiersuchien Übergänge wurden
jedoch nach verschiedenen Aufdampfverfahren hergestellt, und zwar im Falle der Kurve I, die bei einer
Anodenspannung von 15 V aufgenommen wurde, nach dem bekannten Kurzzeitverdampfungsverfahren, im
Falle der Kurve II, die bei einer Anodenspannung von 20 V aufgenommen wurde, nach dem VakuuinvcrdaiTip
fungsverfahren unter Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle (im folgenden kurz Quelle genannt)
und im Falle der Kurve III, die ebenfalls bei einer Anodenspannung von 20 V aufgenommen wurde, nach
dem Vakuumverdampfungsverfahren unter Verwendung von zwei getrennten Quellen.
Die in Fig.4 gezeigten Abhängigkeiten des photoelektrischen
Stromes von der Beleuchtung beziehen sich auf die im Zusammenhang mit der F i g. 3 beschriebenen
HeteroÜbergänge.
In F i g. 5 ist schließlich die Abhängigkeit der spektraien Empfindlichkeit eines HeteroÜbergangs von
der nachträglichen Temperung der aufgedampften Schichtstrukturen dargestellt, und zwar am Beispiel
eines HeteroÜbergangs aus ZnSo_;Seo.s und
(Zno.7Cdo,7Te)o.95
Der untersuchte Obergang wurde durch Aufdampfen aus einer einzigen Quelle hergestellt. Das in der Kurve I
gezeigte Spektrum bezieht sich auf einen Übergang, der nach dem Aufdampfen der Schichten im Vakuum 11 min
lang bei 550° C getempert worden war. Das in der Kurve Il gezeigte Spektrum bezieht sich auf einen Übergang,
der zunächst ebenfalls 11 min lang bei 5500C, dann aber
anschließend noch einmal 120 min lang bei 2500C getempert wurde.
Nachstehend ist vor der genauen Beschreibung des Verfahrens gemäß der Erfindung zunächst die Methodik
der Aufnahme der Charakteristiken der HeteroÜbergänge bzw. der Bildaufnahmeröhren beschrieben.
A. Verfahren zur Messung der Charakteristiken
der Schichtstruktur mit HeteroÜbergang
der Schichtstruktur mit HeteroÜbergang
Zur Mes.jng der Charakteristiken der Schichtstruktur
mit HeteroÜbergang wurden Elektroden mit Leitsilberpaste auf die transparente Leiterschicht 2 und
auf die zweite aufgedampfte Schicht 4 aufgebracht, so daß eine Sandwichzellc entstand. Der Dunkelstrom, der
photoelektrische Strom, die Relaxation des Lichtverhaltens und die spektiale Empfindlichkeit der Zelle wurden
mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gemessen.
(a) Empfindlichkeitsspektrum
Ein Interferenzfilter v.iit einer Halbwertsbreite von
10-20 nm und eine Halogenlampe mit einer Farbtemperatur
vcn 3400 K wurden zur Messung des photoelektrischen Stromes im 20 nm-lntervall benutzt. Die auf die
Probe von der Lichtquelle durch den Filter einfallende Lichtmenge wurde mit Hilfe einer Thermosäule
gemessen. Die Ordinate des Empfindlichkeitsspektrums ist nach gleichen f nergieschritten geteilt.
(b) Dunkelstrom und photoelektrist her Strom
Die Strom Spannungs-Kurven und die Photostromkurven
wurden mit einem Elektrometer aufgenommen.
(c) Dhs Lichtverhalten der Bildaufnahmeröhre und
der Schichtstruktur
der Schichtstruktur
Das Lichtvcrhülten der Bildaufnahmeröhre weicht
grundsätzlich vom Photoleitungsverhalten ab. Dennoch wurde das Lichtvcrhal'.s η nicht in üblicher Weise durch
40
45
50
55
60
65 Rasterabtastung mit einem Elektronenstrahl, der jeweils einem einzigen Bildelement entspricht, gemessen.
Vielmehr wurde die Charakteristik der Bildaufnahmeröhre durch Vermessung der einzelnen Schichtstrukair
bestimmt. In der Fig. I ist das Prinzip der Meßanordnung
dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer Photoröhre, die mit 60 Hz durch 2-u^-Lichtimpulse
getaktet wird, so daß je ein Bildelement mit einer Frequenz von 60 Hz angesteuert ist. Die Schichtstruktur
wurde von einer unabhängig angeordneten Lichtquelle (eine Halogenlampe mit 3400 K) mit 0,4 Ix beleuchtet
Das L.ichtverhalten wurde mit Hilfe eines Kameraverschlusses
gemessen. Ein Vergleich der auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse mit den nach der Endmontage
der Bildaufnahmeröhre erhaltenen Ergebnisse zeigte eine durchaus gute Übereinstimmung. Die dargestellten
Ergebnisse zeigen die prozentuale Signalgröße 50 ms nach der Lichtschaltung.
(d) Zusammensetzung der aufgedampften Schichten
Die Zusammensetzung der aufge^impften Schichten
wurde mit Hilfe von festkörperanalytischen Methoden und durch Aktivierungsanalyse bestimmt.
B. Verfahren zur Messung der Charakteristiken der Bildaufnahmeröhre
(a) Dunkelstrom und photoelektrischer Strom
Die Messung wurde in der Weise durchgeführt, daß an die transparente Leiterschicht 2 eine positive
Spannung angelegt und die durch Rasterabtastung mit einem Elektronenstrahl erzeugten Signalströme gemessen
wurden.
(b) Bildverzögerung, Nachbild und Restbild
Die Bildverzögerung isi eine Übergangseigenschaft
der Bildaufnahmeröhre und wird durch die prozentuale Größe des Signalstroms 50 ms nach dem Ausschalten
der Beleuchtung charakterisiert.
Das Restbild ist als Bild für die Dauer bis zum Meßpunkt der Bildverzögerung definiert.
Has Nachbild wird durch die Zeitspanne charakterisiert,
die zum Verlöschen des stehen bleibenden Bildes erforderlich ist. Dabei wird die Beobachtung mit einem
Videomonitor durchgeführt, wenn das Bild für eine bestimmte vorgegebene Zeitdauer unter standurdisierten
Aufnahmebedingungen aufgenommen wurde und dann auf die Aufnahme eines homogenen weißen
Untergrundes umgeschaltet wird
Nach der vorstehenden Beschreibung der Meßmethodik ist nachstehend das Verfahren gemäß der
Erfindung näher beschrieben.
Der erfindungsgemäß hergestellte Ladungsspeicherschirm,
besteht zunächst aus der transparenten Leiterschicht 2 (F i g. 2) auf dem lichtdurchlässigen Substrat 1,
wobei die Lederschicht 2 beispielsweise a'is In2Ch oder
aus SnO2 bestehen kann. Die erste aufgedampfte Schicht 3 besteht aus ZnS.Sei-, oder Zn„Cdi_„S und hat eine
Schichtdicke von 0,05 bis 0.1 μπι. Die zweite aufgedampfte
Schicht 4 besteht aus
(Zn1CrV1Te)... (In3Te,),^
und hat eine Schichtdicke von 2 — 10 μπι.
So wurde beispielsweise eine Grundstruktur bis zur ersten aufgedampften Schicht 3 aus einem lichtdurchlässigen
Siiostrat mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten
von 72 χ 10-'/"C und einer auf die Leiterschicht
aufgedampften ersteil Schicht aus ZnSc ^v = O) hcrge-
slrllt, wobei die Schichtdicke 0,1 μπι betrug und bei
einer Substrattemperatur von 200°C und einer Verdampfungstemperatur von 900°C erhalten worden war.
Auf diese Grundstruktur wurde nach drei verschiedenen Verfahren die zweite Schicht aufgebracht:
(1) Nach dem Kurzzeitverdampfungsverfahren wird
das aufzudampfende Material in Pulverform auf einen geheizten Verdampfer gegeben, wo es augenblicklich
und vollständig verdampft und auf dem erwärmten Substrat niedergeschlagen wird;
(2) das Aufdampfverfahren unter Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle arbeitet in der Weise, daß
das Material einer einzigen, alle aufzudampfenden Komponenten enthaltenden Quelle so weit erhitzt wird,
daß das Material verdampft und auf das erwärmte Substrat niedergeschlagen wird;
(3) das Vakuumaufdampfverfahren unter Verwendung von zwei Verdampfungsquellen, die jede für sich
auf Hip VprrlgmnriincTCtpmnprahir HpC ipurpilippn
rials aufgeheizt werden und gemeinsam auf dem Tabelle I
erwärmten Substrat kondensieren. Die Charakteristiken
der nach jedem dieser drei Verfahren hergestellten Ladungsspeicherschirme wurden verglichen.
Als Material für diese Untersuchungen wurde für du:
zweite Schicht 4 eine Zusammensetzung mit den Werten V"0,7 und z=0,95 gewählt. Zur Herstellung des
Qiitiilenmaterials wurde im Falle der Kurzzeit verdampfung
das entsprechende Ausgangsgemisch zwei Stunden lang bei 10000C gebrannt und anschließend auf eine
möglichst homogene Korngröße gebracht. Im Falle der Verdampfung aus einer einzigen Quelle wurde das
gebrannte Material ohne weitere Nachbehandlung eingesetzt. Im Falle der Aufdampfung aus zwei
getrennten Quellen bestand die eine Quelle aus getempertem
(ZnTe)o.95 · (IniTejJo.oi
und die andere aus polykristallinem CdTe. In der Tabelle
I sind die Aufdampfbedingungen für die zweite Schicht 4 dargestellt.
Verdampfungsbedingungen
Aufgabemenge (g)
Aufdampftemperatur (0C)
Substrattemperatur (0C)
Vakuum (mPa)
Schichtdicke (μπι)
Aufdampftemperatur (0C)
Substrattemperatur (0C)
Vakuum (mPa)
Schichtdicke (μπι)
Die Aufdampfdauer wurde dabei für jedes der Verfahren so gewählt, daß eigentlich Schichtdicken von
5 μιη erhalten wurden. Nach dem Aufdampfen wurde
das Substrat 10 min lang im Vakuum bei 550;C
getempert. Analysen der erhaltenen Schichten zeigten, daß die Zusammensetzungen der einzelnen Schichten
praktisch identisch wpren. Inwieweit allerdings in Richtung der Schichtdicke jede einzelne Schicht in sich
Verdampfungsverfahren | Eine Quelle | Zwei Quellen | 150 | Cdi |
Kurzzeit | ZnTe- | 1,33 | ||
In3Te3 | 5,0 | 1,0 | ||
1,0 | 1,0 | 740 | ||
2,0 | 800 | 800 | ||
1450 | 150 | |||
150 | 1,33 | |||
1,33 | 5,0 | |||
5,0 |
möglicherweise heterogene Zusammensetzungen aufwies, konnte nicht mit Sicherheit bestimmt werden. In
der nachstehenden Tabelle Il sind die Charakteristiken der erhaltenen Schichtstrukturen dargestellt. Das
Empfindlichkeitsspektrum ist für jede der Schichtstrukturen in Fig. 3 und der photoelektrische Strom als
Funktion der Beleuchtung in F i g. 4 dargestellt.
Eigenschaften | Verdampfungsverfahren | Eine Quelle | Zwei Quellen |
Kurzzeit | 20 | 20 | |
Anodenspannung (V) | 15 | Fig. 3, Kurve II | Fig. 3, Kurve III |
Empfindlichkeitsspektrum | Fig. 3, Kurve I | ||
(μΑ/uW) | 3X10-" | 10X10"" | |
Dunkelstrom (A/mm2) | 10X10"" | 10 | 14 |
Bildverzögerung (%) | 15 | Fig. 4, Kurve II | Fig. 4, Kurve ΠΙ |
Photostrom | Fig. 4, Kurve I | V= 1,0 | y - 0,95 |
y = 0.95 |
Ein Vergleich der Daten in der Tabelle II und der in
den F i g. 3 und 4 gezeigten Kurven zeigt, daß die besten Eigenschaften des Ladungsspeicherschirms durch Aufdampfen
im Vakuum aus einer einzigen Quelle erhalten werden. Es kann zwar nicht ausgeschlossen werden, daß
auch die nach diesem Verfahren hergestellten aufgedampften Schichten in Richtung der Schichtdicke
Inhomogenitäten der Zusammensetzung aufweisen, wie sie für ähnliche Schichten in wissenschaftlichen
Untersuchungen immer wieder festgestellt wurden. Aber selbst wenn solche Inhomogenitäten auch in den
erfindungsgemäß hergestellten Schichtstrukturen und Schichten auftreten sollten, so zeigen sie keinen
tendentieii ausgeprägten Einfluß auf die Eigenschaften der Schichtstruktur und beeinträchtigen auch nicht die
hoheQualitätsreproduzierbarkeit.
Die Daten der Tabelle III zeigen, daß die Eigenschaften
der Bildaufnahmeröhren in ausgeprägter Weise eine Funktion des linearen Ausdehnungskoeffizienten des für
den Ladungsspeicherschirm verwendeten lichtdurchlässigen Substrats sind. Aufgrund der dargestellten Daten
werden für das lichtdurchlässige Substrat des Ladungsspeicherschirms Ausdehnungskoeffizienten im Bereich
von 55 - Π 0 χ 10 - 7/° C bevorzugt.
Der Grund für die vorstehend beschriebene Abhängigkeit wird im Auftreten mechanischer Spannungen
aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats und der zweiten aufgedampften
Schicht Λ des HeteroÜbergangs gesehen. Die Ausdehnungskoeffizienten
der transparenten Leiterschicht 2
10
15
Bei der Herstellung der aufgedampften Schichten
wurde versucht, die Verdiimpfungstemperaturen in den beiden Quellen beim Aufdampfen aus zwei Quellen so
zu steuern, daß eine aufgedampfte Schicht erhalten wurde, die derjenigen möglichst genau entsprach, wie
sie durch Aufdampfen aus einer einzigen Quelle erhalten worden war. Es zeigte sich jedoch, daß diese
Bedingungen nur sehr schwer eingestellt werden konnten tinu kaum reproduzierbar waren.
Insbesondere wurde der Einfluß des linearen Ausdehnungskoeffizienten
des lichtdurchlässigen Subv.rats auf die Eigenschaften der Bildaufnahmeröhre und des
Ladungsspeicherschirms untersucht. In herkömmlichen Sb2Si- und PbO-Vidicons werden Substrate für die
Ladungsspeicherschirme verwendet, deren Ausdehnungskoeffizient bei Temperaturen /wischen 30 und
300"C im Mittel 36 bis 5OxIO-VC beträgt. Bei
Verwendung von Substraten mit solchen linearen AusdehriiiP.^skoeffizien'.en ?ur Hör».trllung dor I.adungsspeicherschirme
zeigten sich im optischen Durchlichtmikroskop Haarrisse und Biuchlinien in der
zweiten Schicht. Zur Erfassung des Einflusses des linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats wurden
verschiedene Substrate mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten unter exakt den gleichen Bedingungen
bedampft und als Ladungsspeicherschirme in einer !"-Bildaufnahmeröhre verwendet. Die beobachtete
Abhängigkeit der Eigenschaften der so erhaltenen Bildaufnahmeröhren vom Ausdehnungskoeffizienten ist
in der Tabelle III für eine Anodenspannung von 20 V dargeste' '..
Linearer Ausdehnungskoeffizient des Substrats (0C"1)
Eigenschaften | Empfind | Dunkel- | Auflösung |
lichkeit | stroni | (Anzahl | |
(μΑ/lm) | (nA) | der Raster | |
punkte) 40 | |||
Hartglas 36 XlO"7 | 2200 | 45 | 600 |
Hartglas 50X10"7 | 2300 | 41 | 650 |
Hartglas 56X10"7 | 3000 | 10 | 700 45 |
Spezialgas 63X10"7 | 3800 | 5 | 700 |
Spezialgas 72 x 10"7 | 3920 | 4 | 750 |
Spezialgas 85 XlO"7 | 3840 | 4 | 750 |
Spezialgas 95 x 10"7 | 3420 | 5 | 700 so |
Spezialgas 110 XlO*7 | 3000 | 10 | 700 |
Sodaglas 120x 10"7 | 2500 | 40 | 650 |
und der ersten aufgedampften Schicht 3 spielen demgegenüber aufgrund der nur sehr geringen Stärke
dieser Schichten keine Rolle.
Weiterhin wurde die Abhängigkeit der Charakteristiken der Ladungsspeicherschirme von den Aufdampfbedingungen
beim Herstellen des HeteroÜbergangs, und zwar insbesondere von der .Substrattemperatur und der
Verdampfungstcmpcratur. untersucht. Die Substrattemperatur und die Verdampfungstemperatur beeinflussen
bei der Herstellung der Ladungsspeicherschirme für Bildaufnahmeröhren insbesondere die Zusammensetzung
der aufgedampften Schicht, deren Kristallisation, die Phasengrenzflächenbedingungen am Übergang und
tlic Art und Konzentration der mikroskopischen und
makroskopischen Bau- und Strukturfehler.
Die erste Schicht 3 der Schichtstruktur, die aus ZnS1Se,., oder Zn„Cdi „S besteht, wird durch Aufdampfen
aus einer einzigen Quelle hergestellt, wobei eine feste Lösung als Ouellentnaterial dient. Diese
Schicht 3 kann jedoch auch unter Verwendung von zwei Quellen hergestellt werden, wobei das Quellenmaterial
ZnS und ZnSe bzw. ZnS und CdS sein kann. In diesem Fall kann die Zusammensetzung der aufgedampften
Schicht 3 durch die Steuerung der Verdampfungstempi:-
ratur der einzelnen Quelle bestimmt werden. Dabei hängt die endgültige Zusammensetzung der aufgedampften
Schicht jedoch zum Teil auch von der Substrattemperatur ab. Die Substrattemperatur liegt
üblicherweise im Bereich von 100 — 3000C, und zwar
sowohl für das Aufdampfen aus einer Quelle als auch für das Aufdampfen aus zwei Quellen. Bei niedrigeren
Substrattemperaturen tritt eine Verschlechterung der Kristallisation ein. Elektronenbeugungsaufnahmen der
bei niedrigeren Substrattemperaturen erhaltenen aufgedampften Schichten zeigen verwaschene Reflexe, wie
sie auch für das nichtkristalline Material beobachtet werden. Außerdem neigt die aufgedampfte Schicht zur
Ablösung vom Substrat. Auf der anderen Seite führt eine über 300°C liegende Substrattemperatur zu einer
Verminderung der Aufdampfrate und damit zu einer Verminderung des Wirkungsgrades der Aufdampfung.
Die jeweils optimale Verdampfungstemperatur richtet sich im Einzelfall nach dem gewählten Aufdampfverfahren
und nach den zu verdampfenden Stoffen. Außerdem wird man die Verdampfungstemperatur nach Maßgabe
der Baufehlerdichte bestimmen, die auf der aufgedampften Schicht im optischen Mikroskop als schwarze
Punkte mit Durchmessern im Bereich von 2— 10 μιη und
in der montierten Bildaufnahmeröhre als weiße Punkte zu erkennen sind.
Auch die zweite aufgedampfte Schicht 4 des Hcterouberganges, die aus
(ZnjCd.-vTe),-(In2Te3)I-,
besteht, wird vorzugsweise, wie vorstehend bereits ausgeführt, durch Aufdampfen aus einer einzigen Quelle
hergestellt. Bei dieser Aufdampfung beeinflussen die Substrattemperatur und die Verdampfungstemperatur
die Eigenschaften der Schichtstruktur in noch stärkerem Maß, als dies bereits bei der Aufdampfung der ersten
Schicht der Fall ist.
In den Tabellen IV und V sind die Eigenschaften von Schichtstrukturen mit HeteroÜbergängen dargestellt,
die in einer !"-Bildaufnahmeröhre verwendet wurden.
Die Schichtstrukturen wurden bei verschiedenen Substrattemperaturen und verschiedenen Verdampfungstemperaturen
hergestellt und anschließend im Vakuum 10 min lang bei 550° C getempert Die in der
Tabelle IV dargestellten Werte beziehen sich nuf eine
Schichtstruktur mit HeteroÜbergang aus ZnSo.iSeo.» und
(Zn0.7Cdo.]Te)o,<)5 · (I^TejJn.o1;.
wobei die erste Schicht, die aus ZnSo.iSeo.? besteht, unter
Verwendung einer festen Lösung dieser Zusammensetzung als Quellenmaterial hergestellt wurde.
Die in der Tsbelle V gezeigten Werte beziehen sich auf eine Schichtstruktur mit HeteroÜbergang aus
Zno.9Cdo,iSund
wobei die erste aufgedampfte Schicht 3, die aus Zno.9Cdo.1S besteht, gleichzeitig aus einer ZnS- und
CdS-Quelle aufgedampft wurde. Die chemische Zusammensetzung
der so erhaltenen aufgedampften Schicht wurde durch Messung der optischen Absorptionskante
der Schicht bestimmt, die bei λ = 360 nm lag.
Den in den ί abeiien iV und V gezeigten Daien kann
entnommen werden, daß der Einfluß der Substrattemperatur und der Quellentemperatur bei der Aufdampfung
der zweiten Schicht auf die Charakteristiken der Röhre durch eine Änderung der ersten Schicht 3 der
Schichtstruktur praktisch nicht beeinflußt werden. Die
10
erhaltenen Charakteristiken stimmen mit den für die Sandwich-Zellen erhaltenen Werte gut überein.
Bei Verwendung höherer Siibslrattemperaturen triti
das Restbild häufiger auf und nimmt auch der Dunkelstrom etwas zu. Bei Verwendung von Substrattemperaturen
unterhalb von 10O0C nimmt dagegen der
Dunkelstrom drastisch zu, die photoelektrische Empfindlichkeit ab und macht sich die Inhomogenität der
Schichten in den Charakteristiken deutlich bemerkbar.
ίο Oberhalb einer Substrattemperatur beim Aufdampfen
von 250°C ist zwar die photoelektrische Empfindlichkeit recht hoch, jedoch sind die Werte für das Nachbild
und das Restbild schlechter. So liegt der bevorzugte Temperaturbereich für die Substrattemperatur bei der
Herstellung der aufgedampften Schichten im Bereich von 100 bis 250° C.
Mit zunehmender Temperatur der Verdampfungsstelle nimmt auch die Konzentration der Baufehler zu,
während auf der anderen
O W^ ψ^ ^l t^ Π t A H /Ί f3
Temperatur der Verdampfungsquelle das Indium schwieriger aufzudampfen ist und der Dunkelstrom
zunimmt. Der bevorzugte Bereich für die Temperatur der Verdampfungsquelle liegt zwischen 700 und 900°C.
1. Schicht
Substrattemperatur (0C)
Quellentemperatur (0C)
2. Schicht
Substrattemperatur (0C)
Quellentemperatur (0C)
Anodenspannung (V)
Empfindlichkeit (μΑ/lm)
Dunkelstrom (nA)
Bildverzögerung (%)
Auflösungsvermögen
(Anzahl der Rasterpunkte)
Nachbild; Restbild
Baufehler
100-300 | 100-300 | 100-300 | 100-300 | Sb2S3- |
900 | 900 | 900 | 900 | Vidicon |
80 | 150 | 150 | 250 | |
800 | 800 | 650 | 900 | 35 |
20 | 20 | 20 | 20 | 310 |
2500 | 3900 | 1800 | 3000 | 20 |
20 | 4,2 | 23 | 7,0 | 25 |
20 | 14 | 25 | 25 | 750 |
730 | 750 | 700 | 700 | ja |
nein | nein | ja | ja | nein |
ja | nein | ja | nein | |
1. Schicht
Substrattemperatur (0C)
Quellentemperatur (0C)
ZnS (0C), CdS (0C)
2. Schicht
Substrattemperatur (0C)
Quellentemperatur (0C)
Anodenspannung (V)
Empfindlichkeit (μΑ/lm)
Dunkelstrom (nA)
Bildverzögerung (%)
Auflösungsvermögen
(Anzahl der Rasterpunkte)
Nachbild; Restbild
Baufehler
100-300 100-300 100-300 100-300 100-300 100-300 100-300 940 740 940 740 940 740 940 740 940 740 940 740 940 740
80 | 100 | 280 | 150 | 250 | 150 | 150 |
800 | 800 | 800 | 650 | 700 | 900 | 950 |
20 | 20 | 20 | 20 | 20 | ?0 | 20 |
2800 | 3700 | 3500 | 1800 | 3600 | 3300 | 3900 |
25 | 15 | 20 | 25 | 10 | 8 | 24 |
20 | 14 | 28 | 26 | 25 | 15 | 20 |
730 | 750 | 730 | 720 | 750 | 750 | 730 |
nein | nein | ja | ja | gering | nein | nein |
ja | nein | nein | ja | nein | nein | ja |
Weiterhin werden die Charakteristiken des Ladungsspeicherschirms durch die Temperung der Schichtstruktnr
nach dem Aufdampfen beeinflußt. Die Eigenschaften o.s Ladungsspeicherschirms hängen stark von den
Phasengrenzflächenbedingungen am HeteroÜbergang und von der Homogenität der Zusammensetzung der
zweiten Schicht in Richtung der Schichtdicke ab. Durch Temperungen in einer Inertgasatmosphäre oder im
Vakuum anschließend an das Aufdampfen der Schichtstruktur mit HeteroÜbergang können die Charakteristiken
einer solchen Schichtstruktur merklich verbessert werden. Ein Beispiel hierfür ist nachstehend beschrieben.
Eine feste Lösung der Zusammensetzung ZnStuSeo.e
wurde bei einer v'erdampfungstemperatur von 9400C
als erste Schicht 3 in einer Schichtdicke von 0,05 — 0,5 μιη auf das Substrat 2 für den Ladungsspeicherschirm
aufgedampft. Zur Herstellung der 7wpitpn ^^hicht 4 wurde
auf das mit der ersten Schicht 3 bedampfte Substrat 2 in einer Schichtdicke von 3-1OjIm bei einer Verdampfungstemperatur
von 800°C aufgedampft. Die Schichtdicken wurden durch die Menge des Quellenmaterials
und durch die Dauer der Aufdampfung eingestellt.
Die für die solcherart hergestellten, nicht nachgetemperten Schichtstrukturen gemessenen Charakteristiken
zeigten Werte für den Dunkelstrom im Bereich von 10-4—10"6 A/mm2 bei einer Betriebr.spannnung von
einigen Volt und eine Empfindlichkeit im Bereich von I0"3 bis ΙΟ"6 A/mm2 bei 2000 Ix. Außerdem wurde eine
geringe spektrale Empfindlichkeit im Bereich von 450-500 nm beobachtet. Diese Ergebnisse werden
darauf zurückgeführt, daß der größte Teil der angelegten Spannung über die erste Schicht 3, oder
doch zumindest in ihrem Bereich, auftritt.
Die dieserart hergestellten »rohen« Ladungsspeicherschirme wurden dann im Verlauf von 3 min bis
2 h bei 300 — 700°C in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum getempert. Als Inertgas dienten Stickstoff oder
Argon. Die Proben zeigten nach der Temperung einen wesentlich geringeren Dunkelstrom, eine deutliche
Zunahme der Empfindlichkeit und ein relaxationsfreieres Lichtverhalten. Bei Durchführung der Temperung in
einer Inertgasatmosphäre ist darauf zu achten, daß
durch eine gründliche Spülung Sauerstoff und Feuchtigkeit vollständig entfernt werden.
Bei Temp?rungen unte-halb 150T werden nicht nur
längere Temperzeiten benötigt, sondern werden auch kein wesentlichen Verbesserungen der Charakteristiken
erreicht, wenn man von einer Verbesserung der Empfindlichkeit absieht, die auch unter diesen Bedingungen
bereits so weit verbessert werden konnte, daß sie die Empfindlichkeit des Sb2S3-Vidiix>iiS nach dem
Stand der Technik übertrifft. Bei Temperaturen oberhalb 650°C muß die Dauer der Temperung sehr
kurz gewählt werden, da die aufgedampften Schichten bereits wieder zu verdampfen beginnen. Eine kontrollierte
Temperung unter diesen Bedingungen ist daher nur schwer durchzuführen. Auch fördert eine Temperung
bei Temperaturen oberhalb 650°C die zusätzliche Bildung der punktförmigen Baufehler. Der geeignetste
Temperaturbereich und Zeitbereich für die Temperun-
σρη ripr Slrhirhtctrnlf tiirpn l\f>at*n Kai ^Ofl fiftO°
ο— — —ο— --·
ιηΗ — -· —
5-15 min. Im Einzelfall hängt die Wahl der Temperbedingungen geringfügig von der bei der Aufdampfung
eingehaltenen Substrattemperatur, der Schichtdicke, der Zusammensetzung der Schichten und der Aufdampfgeschwindigkeit
ab.
Durch eine an diese erste anschließende zweite Temperung bei einer unter der ersten Tempertemperatur
liegenden Temperatur kann insbesondere die Empfindlichkeit, vor allem im längerwelligen Bereich,
weiter verbessert werden. Bei dieser zweiten Tempe· rung führen Temperaturen oberhalb 400"C ohne eine
weitere Produktverbesserung lediglich zur Bildung weiterer Baufehler, während eine Temperatur unterhalb
150° C die Eigenschaften der Schichtstrukturen kaum
beeinflußt, jedenfalls nicht merklich verbessert. Vorzugsweise wird die zweite Temperung daher im Verlauf
von 20 min bis zu 3 h bei einer Temperatur im Bereich von 150-400°C durchgeführt. In der Tabelle VI sind die
Charakteristiken der im Vakuum unter verschiedenen Bedingungen getemperten Ladungsspeicherschirme
nach Einbau in einer !"-Bildaufnahmeröhre zusammengestellt. Die Aufdampfbedingungen, unter denen die
untersuchten Schichtstrukturen mit HeteroÜbergang hergestellt wurden, entsprechen den vorstehend beschriebenen,
wobei die Schichtdicke für alle ProDen 5 μΐη betrug. Das Empfindlichkeitsspektrum ist in der
F i g. 5 gezeigt.
Tabelle VI | 350 90 |
500 15 |
550 11 |
650 5 |
550 11 |
550 11 |
550 11 |
I- | 550 11 |
Temp. (0C) 1. Temperung _ ... Dauer (mm) |
— | _ | — | 150 180 |
250 120 |
300 60 |
400
20 |
||
Temp. (0C) 2. Tempenung _. , . . Dauer (min) |
200Ö | 3800 | 4Ö00 | 4CO0 | 4200 | 5000 | 4800 | 4200 | |
Empfindlichkeit (μΑ/lrn) | 20 | 10 | 4,5 | 8,0 | 5,0 | 5,0 | 7,0 | 10,0 | |
Dunkelstrom (nA) | 25 | 18 | 14 | 16 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
Bildverzögerung (%) | 700 | 750 | 750 | 750 | 750 | 750 | 750 | 750 | |
Auflösungsvermögen (Anzahl der Rasierpunkte) |
ja | nein | nein | nein | nein | nein | nein | nein | |
Nachbild, Restbild | nein | nein | nein | gering | nein | nein | nein | gering | |
Baufehler | — | — | Fig. 5, Kurve I |
— | fee | — | |||
Empfindlichkeit | Hierzu 4 | Biau Λϊ'^ΠΓ?.; | iingei- | ||||||
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine Bildaufnahmeröhre, bei
dem man auf ein lichtdurchlässiges, mit einer transparenten Leiterschicht bedecktes Substrat eine
aus ZnS1Se)-, oder Zn1XDd] _uS bestehende erste
Schicht aufdampft, sodann unter Bildung eines HeteroÜberganges eine fotoleitende zweite Schicht
aufdampft und anschließend die so erhaltene Schichtstruktur tempert, dadurch gekennzeichnet,
daß man für die zweite Schicht ein Material der Zusammensetzung
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP47102516A JPS524405B2 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | |
JP47122722A JPS524406B2 (de) | 1972-12-05 | 1972-12-05 | |
JP47122724A JPS524408B2 (de) | 1972-12-05 | 1972-12-05 | |
JP47122723A JPS524407B2 (de) | 1972-12-05 | 1972-12-05 | |
JP47122725A JPS524409B2 (de) | 1972-12-05 | 1972-12-05 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2350947A1 DE2350947A1 (de) | 1974-04-25 |
DE2350947C2 true DE2350947C2 (de) | 1983-01-13 |
Family
ID=27526093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732350947 Expired DE2350947C2 (de) | 1972-10-12 | 1973-10-10 | Verfahren zur Herstellung eines Ladungsspeicherschirms für eine Bildaufnahmeröhre |
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Country | Link |
---|---|
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DE (1) | DE2350947C2 (de) |
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GB (1) | GB1424608A (de) |
NL (1) | NL162506C (de) |
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JPS4830193B1 (de) * | 1970-08-17 | 1973-09-18 |
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- 1973-10-10 GB GB4736973A patent/GB1424608A/en not_active Expired
- 1973-10-10 DE DE19732350947 patent/DE2350947C2/de not_active Expired
- 1973-10-10 CA CA183,030A patent/CA995989A/en not_active Expired
- 1973-10-11 NL NL7313990A patent/NL162506C/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
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NL162506B (nl) | 1979-12-17 |
FR2213580B1 (de) | 1977-09-09 |
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NL162506C (nl) | 1980-05-16 |
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