DE2602705A1

DE2602705A1 - Elektronenroehre mit einer photokathode, photokathode fuer eine solche roehre und verfahren zur herstellung einer derartigen roehre

Info

Publication number: DE2602705A1
Application number: DE19762602705
Authority: DE
Inventors: Jean-Philippe Hallais; Michel Jean Claude Monnier; Jean-Claude Richard
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-02-04
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1976-08-05
Also published as: FR2300413B1; FR2300413A1; GB1523373A; CA1043415A; US4038576A; NL7600933A; JPS5622104B2; DE2602705B2; JPS51103761A; DE2602705C3

Description

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PHF. 75.510,

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_ι PHF 75.510 17-1-197.6.

23.1.1976

Elektronenröhre mit einer Photokathode, Photokathode für eine solche Röhre und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Röhre.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre mit einer durchlässigen p-leitenden Photokathode für das nahe Infrarot vom IXI-V-Typ, welche Kathode einen Teil eines Fensters in dieser Röhre bildet, Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Photokathode.

Röhren der vorgenannten Art werden u.a. in Form von Nachtsehgeräten und Strahlungsdetektoren verwendet.

In der USA-Patentschrift 3,769.536 ist ein Photoelektronenvervielfacher mit einer Photokathode be-

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schrieben, die direkt, gegebenenfalls mit einer passivierenden Zwischenschicht aus Siliciumdioxid, durch eine Wärmebehandlung mit der Glaswand der Röhre verbunden ist. Einer der Nachteile von Glas als Substrat für eine IH-V Photokathode ist der, dass infolge der hohen Temperatur, die zur Herstellung der Verbindung erforderlich ist, Schwierigkeiten bei der Anpassung der ¥ärmeausdehnung im Zusammenhang mit dem XTbergangspunkt des Glases auftreten. Die Erfindung bezweckt, eine andere Konstruktion anzugeben, die bestimmte Vorteile aufweist.

In einer Elektronenröhre mit einer p-leitenden Photokathode für das nahe Infrarot vom III-V-Typ, welche Kathode einen Teil eines Fensters in dieser Röhre bildet, besteht nach der Erfindung das Fenster aus einem

oxidischen einkristallinen Körper, auf dem die Photoj
kathode durch ein im betreffenden Wellenlängenbereich durchlässiges Glas, das chemisch resistant ist, befestigt ist. Ein derartiger Aufbau ergibt ein festes mechanisches Gebilde, während eine richtige Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten erhalten werden kann. Vorzugsweise besteht nach der Erfindung der oxidische einkristalline Körper aus Korund, das mittels eines "kurzen" Glases mit der Photokathode verbunden ist. Für die "kürzen" Gläser kommen Calciumboroaluminatgläser mir einer Zusammensetzung von 15 - 35 # CaO, k5 - 70 % B₃O₃ und 10 - 20 $ Al₂O₃ oder Bariumboroaluminatgläser mit einer Zusammensetzung von 10 - 35 $> BaO, ^5 - 70 $> B₂O₃ und 10 - 20 # Al₂O₃ in Betracht, wobei die Dicke des Glases 50 - 500 /um beträgt.

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Das Fenster ist nach der Erfindung mit einem flachen Metallrand oder einem zylindrischen Ring versehen, der mit bis zu dem Verbindungsglas reichenden Leitern in Kontakt steht. Der Metallrand kann aus Nickel, Gold, Titan, oder Legierungen derselben bestehen.

Die Passivierungsschicht kann zwei Funktionen erfüllen, und zwar an erster Stelle eine chemische Funktion, um Angriff der Kathode durch das Glas zu verhindern, und in diesem Falle kann die Schicht aus Siliciumdioxid oder aus einem Oxid des Halbleiters der Kathode selbst bestehen. Die Passivierungsschicht kann auch vom elektronischen Gesichtspunkt erforderlich sein, und zwar um Rekombination von Elektronen an der Grenzschicht der Kathode und des Trägers zu verhindern. In diesem Falle wird als Zwischenschicht ein Halbleiter mit grosser Band- -breite (1,3 bis 2,0 V) vom p-Leitfähigkeitstyp gewählt.

Durch die Wahl des Fenstermaterials ist eine grosse Wärmeleitfähigkeit erhalten, die beim Einbauen des Fensters in die Röhre und bei den thermischen Behandlungen der Röhre günstig ist. Im allgemeinen wird die Verbindung zwischen der Kathode und dem Fenster bei niedrigeren Temperaturen als bei der bekannten Konstruktion hergestellt werden können.

Ein günstiges Verfahren der Herstellung der Photokathode und zum Verbinden d-ieserKathode mit einem Fenster nach der Erfindung geht wie folgt vor sich. Zunächst wird auf einem halbleitenden Träger eine Schicht

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aus einem binären oder scheinbar binären Halbleiter mit sich gleichmässig ändernder Zusammensetzung angewachsen, wobei die Halbleiter beide vom n-Leitfähigkeitstyp sind. Darauf wird eine Schicht des betreffenden Materials, jedoch mit einer konstanten Zusammensetzung, als aktive Photokathodenschicht vom p-Leitfähigkeitstyp angewachsen. Auf dieser aktiven Schicht werden eine oder mehrere Passivierungsschichten gebildet (chemische und/oder elektronische Passivierungsschichten). Auf einem einkristallinen Körper oxidischer.Zusammensetzung wird eine Schicht aus einem "kurzen" Glas mit nach aussen verlaufenden elektrischen Kontakten angebracht, die von einem flachen oder zylindrischen Metallring umgeben ist. Dann werden die Passivierungsschicht und das "kurze" Glas gegeneinander gelegt und unter einem gewissen Druck bei erhöhter Temperatur die beiden Teile miteinander verbunden. Danach werden die η-leitenden Schichten durch selektives Ätzen entfernt.

Der angewandte Druck beträgt 1 bis 5 kg/cm²; die Temperaturen betragen 620 bis 65O⁰C und die Behandlung erfolgt vorzugsweise in einer neutralen Atmosphäre.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1, 2 und 3 ein Fenster nach der Erfindung in verschiedenen Stufen seiner Herstellung, und

Figuren k und 5 besondere Ausführungsformen eines Fensters nach der Erfindung.

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Zur Verdeutlichung der Zeichnung werden in den verschiedenen Figuren die Schichten mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, während die respektiven Dicken der genannten Schichten nicht in dem gleichen Masstab dargestellt sind.

Für die Beschreibung wurde ein Fenster für

eine Elektronenröhre gewählt, dessen aktive Schicht durch ein ternäres Material, (Ga,In)As, gebildet wird.

In Fig. 1 ist einerseits der einkristalline Träger 1 aus Korund dargestellt, der von einem Metallring

2 umgeben ist, der die mechanische Befestigung und die Abdichtung des Fensters sichern muss; die vordere Fläche

3 des Trägers 1 ist mit einer Schicht aus "kurzem" Glas k überzogen, in der die elektrischen Platinkontakte 5 festgeschmolzen sind. Auf der Schicht 6 aus Galliumarsenid ist durch Epitaxie aus der Gasphase eine Schicht 7 mit sich gleichmässig ändernder Zusammensetzung angebracht, die durch das ternäre Material (Ga,In)As gebildet wird. Auf der genannten Schicht 7 ist durch eine anschliessende Epitaxiebehandlung aus der Gasphase eine aktive Schicht 8 aus (Ga,In)As mit konstanter Zusammensetzung angebracht.

Die Schicht 8 ist mit einer ersten passivierenden Schicht 9 vom Typ mit elektronischer Passivierung überzogen, die durch ein Halbleitermaterial vom p-Leitfähigkeitstyp und mit grossem Bandabstand (Ga,In)P gebildet wird, dessen Indiumgehalt derart ist, dass der Ausdehnungskoeffizient dem für das (Ga₁In)As mit konstanter

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Zusammensetzung und mit einer Dicke zwischen 10 und 20 /um entspricht.

Eine zweite passivierende Schicht 10 vom

Typ mit chemischer Passivierung wird durch Siliciumoxid

ο gebildet und weist eine Dicke zwischen 500 und 2000 A auf.

Diese Schichten 9 und 10 werden durch die bekannten Techniken erhalten: für die Schicht 9 mit elektronischer Passivierung erfolgt dies über angepasste Epitaxie, wahrend für die Schicht 10 mit chemischer Passivierung die Bildung durch Pyrolyse von Silanoxid stattfindet.

Dieselben Elemente sind in Fig. 2 dargestellt, wobei nun die Glasschicht h mit der Passivierungsschicht 10 in Kontakt steht.

In dieser Durchführungsstufe wird das Gebilde in einer neutralen Atmosphäre einem Druck zwischen 1 kg/cm² und 5 kg/cm² und einer Temperatur zwischen 620⁰C und 65O⁰C ausgesetzt.

Nachdem das auf diese Weise behandelte Gebilde unter der Einwirkung von Temperatur und Druck fest zusammengebaut worden ist, wird zum selektiven Ätzen des Substrats 6 und der Zone 7 mit sich gleichmässig ändernder Zusammensetzung durch die Anwendung geeigneter nacheinander benutzter chemischer und elektrochemischer Bäder übergegangen. Auf diese Weise wird ein Fenster gemäss der Erfindung erhalten, das in Fig. 3 dargestellt und für eine Elektronenröhre bestimmt ist.

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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung eines Fensters

nach der Erfindung. Nach dieser Abwandlung ist der Metallring 2 zur Sicherung der mechanischen Befestigung und der Abdichtung durch reihenmässige Metallisierungen von Nickel und Gold gebildet, die durch Kathodenzerstäubung erhalten sind.

Schliesslich zeigt Fig. 5 noch eine Weiterbildung des Fensters nach der Erfindung. Nach dieser Weiterbildung ist der Metallring 2 durch Hartlöten eines messerförmigen Ringes erhalten.

Im vorliegenden Beispiel wird das Fenster

nach der Erfindung nur durch einen einkristallinen Träger 1 gebildet, der von dem Metallring 2 umschlossen ist und auf seiner Vorderfläche 3 das Verbindungsglas 4 trägt. Dieses .Glas k verschweisst besonders fest den Träger 1 mit der ersten passivierenden Schicht 10, die die zweite Passivierungsschicht 9 bedeckt, die ihrerseits die aktive Schicht 8 bedeckt. Die elektrischen Kontakte 5 befinden sich zwischen dem Verbindungsglas und der Kathode und sind mit dem Metallring 2 verbunden.

Das Fenster (3-8) kann durch das. Festlöten des Ringes 2 in die Elektronenröhre gebracht werden. Die Kathode kann den bekannten Aktivierungsbehandlungen unterworfen werden, wonach an der Oberfläche Zäsium und Sauerstoff haften.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE . 1.J Elektronenröhre mit einer p-leitenden Photokathode für das nahe Infrarot vom III-V-Typ, welche Kathode einen Teil eines Fensters in der Röhre bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus einem oxidischen einkristallinen Körper besteht, auf dem die Photokathode durch ein im betreffenden ¥ellenlängenbereich durchlässiges Glas, das chemisch resistent ist, befestigt ist.
2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einkristalline Körper aus Korund besteht und das Glas ein "kurzes" Glas ist.
3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das "kurze" Glas Bariumboraluminat- oder Calciumboraluminatglas mit einer Zusammensetzung von 15 - 35 $> CaO oder BaO, 45 - 70 $ B₃O„, und 10 - 20 # ^A12°3 ^ist·
4. Elektronenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster mit einem flachen oder zylindrischen Metallring versehen ist, von dem sich elektrische Kontakte bis zu dem Verbindungsglas erstrecken.
5. Photokathode für eine Elektronenröhre nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4.
6. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode für eine Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem ha"lbleitenden

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Träger vom n-Leitfähigkeitstyp eine Schicht, ebenfalls vom n-Leitfähigkeitstyp mit sich gleichmässig ändernder Zusammensetzung angewachsen wird, auf der ein Halbleiter vom p-Leitfähigkeitstyp mit konstanter Zusammensetzung als aktive Kathodenschicht angewachsen wird, auf der eine oder mehrere Passivierungsschichten angebracht werden, wonach das erhaltene Gebilde gegen eine Verbindungsschicht aus Glas auf einen einkristallinen oxidischen Körper gesetzt wird und die beiden Teile unter Druck und bei niedriger Temperatur miteinander verbunden werden, worauf die η-leitenden Schichten weggeätzt werden.

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