DE655890C - Radiation-sensitive semiconductor cell - Google Patents
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Description
Die Strahlungsempfindlichkeit .von einigen elektrischen Halbleitern ist bekannt; insbesondere weiß man, daß sich Thalliumsulfid (Tl2S) durch ein bestimmtes Oxydationsverfahren in eine strahlungsempfindliche Verbindung mit Sauerstoff und Schwefel unbekannter chemischer Zusammensetzung umwandeln läßt. Bisher erfolgte nun die Herstellung solcher Zellen mit einer Schwefel-Sauerstoff-Verbindung des Thalliums als strahlungsempfindliches Mittel immer in der Weise, daß das vorher sorgfältig oxydierte Thalliumsulfid einfach durch Aufschmieren oder Destillieren in dünner Schicht auf eine Glasoder Quarzplatte aufgebracht wurde. Die Elektroden wurden dabei bisher stets irgendwie willkürlich in der strahlungsempfindlichen Schicht angeordnet.The radiation sensitivity of some electrical semiconductors is known; In particular, it is known that thallium sulfide (Tl 2 S) can be converted into a radiation-sensitive compound with oxygen and sulfur of unknown chemical composition by a certain oxidation process. So far, the production of such cells with a sulfur-oxygen compound of thallium as a radiation-sensitive agent has always been carried out in such a way that the previously carefully oxidized thallium sulfide was simply applied in a thin layer to a glass or quartz plate by smearing or distillation. Up to now, the electrodes have always been arranged somehow arbitrarily in the radiation-sensitive layer.
Demgegenüber ist die strahlungsempfindliche Halbleiterzelle nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines möglichst großen Effektes der strahlungsempfindliche Körper aus reinem Thalliiumsulfid oder einem ähnlichen Halbleiter mit entsprechend hohem Temperaturkoeffizienten besteht und die in einen Halbleiter unter Anwendung von Wärme eingefügten Elektroden so ausgebildet und angeordnet sind, daß wenigstens eine von diesen, und zwar stets die zu bestrahlende Elektrode, eine punktförmige Sammelstelle der elektrischen Stromlinien darstellt.In contrast, the radiation-sensitive semiconductor cell according to the invention is characterized characterized in that to achieve the greatest possible effect of the radiation-sensitive Body made of pure thalliium sulfide or a similar semiconductor with a correspondingly high temperature coefficient and which is in a semiconductor under Application of heat-inserted electrodes are designed and arranged so that at least one of these, always the electrode to be irradiated, a punctiform one Represents the collection point of the electric streamlines.
Erfolgt die Bestrahlung des aus reinem Thalliumsulfid bestehenden Halbleiters oder einem ähnlichen Halbleiter mit entsprechend hohem Temperaturkoeffizienten in dieser eben geschilderten Weise, so tritt bei angelegter Fremdspannung an die in den Halbleitern eingeschmolzenen Elektroden eine starke Änderung des elektrischen Widerstandes der Zelle auf. Diese Erscheinung ist bei ultraroter Bestrahlung am stärksten im Gegensatz zu den bekannten Kristalldetektorzellen, bei denen der strahlungsempfindliche Körper aus Bleiglanz mit punktförmig berührender Elektrodenspitze besteht.Is the irradiation of the semiconductor consisting of pure thallium sulfide or a similar semiconductor with a correspondingly high temperature coefficient in this In the manner described, when an external voltage is applied, that occurs in the semiconductors melted electrodes cause a sharp change in the electrical resistance of the Cell open. This phenomenon is most in contrast with ultra-red radiation to the known crystal detector cells, in which the radiation-sensitive body from There is lead gloss with point-like touching electrode tip.
Neben diesem durch die Erfindung erzielten Fortschritt ist ein weiterer Vorteil dadurch erreicht, daß als strahlungsempfindlicher Halbleiter reines Thalliumsulfid zur Anwendung gelangt und so das bisher übliche umständliche Oxydationsverfahren überflüssig wird, bei dem schon geringe Abweichungen von einer einmal empirisch festgestellten Norm eine erhebliche Einbuße an Strahlungsempfindlichkeit zur Folge haben.In addition to this advance achieved by the invention, it has a further advantage achieves that pure thallium sulfide is used as a radiation-sensitive semiconductor and so the previously common cumbersome oxidation process becomes superfluous, in which even small deviations from a norm that has once been empirically established a considerable loss of radiation sensitivity have as a consequence.
Um das vorstehend gekennzeichnete Ziel, nämlich ein möglichst starkes Konzentrationsgefälle der elektrischen Stromlinien an wenigstens einer der Elektroden zu erreichen, kannTo achieve the goal identified above, namely the greatest possible concentration gradient of the electrical current lines at least to reach one of the electrodes
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:
Dr. Ferdinand Waibel in Berlin-Charlottenburg.Dr. Ferdinand Waibel in Berlin-Charlottenburg.
diese als Draht oder Band gestaltet und mit einem kurzen Endstück in den Halbleiter eingefügt werden. Von dieser Elektrode können sich die Stromlinien dann gegen eine andere Elektrode mit größerer Oberfläche ausbreiten; Durch den bekannten Einbau der Halbleiterzelle in ein Vakuumgefäß wird die Halbleiterschicht vor Verunreinigung, Beschädigungen und chemischen Umsetzungen an der ίο Oberfläche bewahrt. Das gleiche läßt sich auch in bekannter Weise durch Umgeben der strahlungsempfindlichen Schicht mit einem inaktiven Gas, wie Stickstoff oder Edelgas, oder einer Schutzschicht aus Lack o. dgl. erreichen. designed as a wire or tape and inserted into the semiconductor with a short end piece will. The current lines can then spread from this electrode towards another electrode with a larger surface; The semiconductor layer is created by the known installation of the semiconductor cell in a vacuum vessel Protected from contamination, damage and chemical reactions on the ίο surface. The same can be said also in a known manner by surrounding the radiation-sensitive layer with a Inactive gas, such as nitrogen or noble gas, or a protective layer of paint or the like. Reach.
Zur Sammlung der auf die Zelle auf treffenden Strahlen und einer damit verbundenen Vergrößerung des Effektes ist die bestrahlte Elektrode an ihrem mit dem Halbleiter in elektrischer Verbindung stehenden Ende mit einem kugeligen oder fast kugeligen Vollkörper aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff, z. B. Korund, Flußspat o. dgl., umgeben, der die auf die Vorrichtung fallende Strahlung nach dem dahinterliegenden kurzen Ende der Elektrode hin sammelt. Durch Vorsehung eines weiteren Vollkörpers aus einem entsprechenden Stoff zwischen der Wandung des die Zellenanordnung aufnehmenden Gefäßes und dem Halbleiter kann die Konzentration der Strahlung gegen das bestrahlte Ende der einen Elektrode noch erhöht werden.For the collection of the rays hitting the cell and one associated with it Enlargement of the effect is the irradiated electrode on its with the semiconductor in electrical connection end with a spherical or almost spherical solid body made of glass or a material that absorbs little radiation, e.g. B. Corundum, fluorspar o. The like. Surrounded by the radiation falling on the device the short end of the electrode behind it collects. By providence one further solid body made of a corresponding substance between the wall of the Cell array receiving vessel and the semiconductor can increase the concentration of Radiation towards the irradiated end of one electrode can be increased.
Um eine schnelle Abkühlung des HaIbleiters zu erreichen, ist dieser vorteilhaft in einen guten Wärmeleiter eingebettet.In order to achieve rapid cooling of the semiconductor, it is advantageous in embedded a good heat conductor.
Die Zeichnung veranschaulicht fünf Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung. Insbesondere zeigen: Fig. ι eine in einen evakuierten Kolben eingeschlossene Halbleiterzelle mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode in schematischer Darstellung,The drawing illustrates five exemplary embodiments of the subject matter according to Invention. In particular: FIG. 1 shows an in an evacuated flask Enclosed semiconductor cell with a punctiform and an extended electrode in a schematic representation,
Fig. 2 und 3 in zylinderförmige gasgefüllte Gefäße eingeschlossene Halbleiterzellen mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode in schematischer Darstellung,2 and 3 with semiconductor cells enclosed in cylindrical, gas-filled vessels a punctiform and an extended electrode in a schematic representation,
Fig. 4 eine in einen evakuierten Glaskolben eingeschlossene Halbleiterzelle mit zwei punktförmigen Elektroden in schematischer Darstellung und4 shows a semiconductor cell with two enclosed in an evacuated glass bulb punctiform electrodes in a schematic representation and
Fig. 5 eine mit einem besonderen Wärmeleiter verbundene Halbleiterzelle mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode im Querschnitt.5 shows a semiconductor cell connected to a special heat conductor with a punctiform and one spread electrode in cross section.
Nach der* Fig. 1 liegt an der Wandung eines Glaskolbens 1 ein erstarrter Tropfen von Thalliumsulfid 2; in ihn ist als eine der beiden Elektroden eine Drahtschleife 4 eingebettet. In die innere Oberfläche des Thalliumsulfidtropfens 2 ist das kurze, z. B. aus Platin oder Nickel bestehende Endstück der anderen Elektrode 3 auf irgendeine Weise unter Anwendung von Wärme eingefügt, also eingeschmolzen. Bei dieser Anordnung erf.'iblgt die Ausbreitung der elektrischen Stromlinien etwa längs der Mantellinien eines stumpfen Kegels. In Berührung mit der Oberfläche des Thalliumsulfidtropfens 2 ist das kurze Endstück der Elektrode 3 mit einem kugeligen oder fast kugeligen Vollkörper 5 aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff zu einem bereits ausführlich geschilderten Zweck umgeben. According to * Fig. 1 there is a solidified drop on the wall of a glass bulb 1 of thallium sulfide 2; A wire loop 4 is embedded in it as one of the two electrodes. In the inner surface of the thallium sulfide droplet 2 is the short, z. B. made of platinum or nickel end of the other electrode 3 inserted in some way with the application of heat, so melted down. With this arrangement, the propagation of the electrical current lines is required roughly along the generatrix of a truncated cone. In contact with the surface of the thallium sulfide droplet 2 is the short end of the electrode 3 with a spherical or almost spherical solid body 5 made of glass or one of the incident radiation surround little absorbent material for a purpose already described in detail.
In der Fig. 2 ist die Halbleiterzelle in ein zylinderförmig gestaltetes und mit einem inaktiven Glas, z.B. Helium oder Stickstoff, gefülltes Gefäß 1 eingeschlossen. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Elektrode 4 wieder als Draht, Blech oder Folie in Schleifenform in einen Thalliumsulfidtropfen 2 eingeschmolzen, der sich an einem Ende des abgerundet zugeschmolzenen zylindrischen Gefäßes befindet. Die Elektrode 3 besteht aus einem in das Glas 6 eingeschmolzenen Draht, der am Ende der Glasumhüllung über diese hinausragt, gegen das Ende der Wandung des Gefäßes 1 stößt und hier mit dem Thalliumsulfid einen punktartigen Kontakt bildet. Die zur Strahlungskonzentration dienende kleine Glaskugel 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Zellengefäßes angeordnet.In Fig. 2, the semiconductor cell is in a cylindrical shape and with a inactive glass, e.g. helium or nitrogen, filled vessel 1 included. In accordance with the embodiment of FIG. 1, the electrode 4 is again as wire, sheet metal or foil melted in a loop shape in a thallium sulfide drop 2, which is located at one end of the rounded, fused-up cylindrical vessel. The electrode 3 consists of a wire fused into the glass 6, which is attached to the end of the glass envelope over this protrudes, pushes against the end of the wall of the vessel 1 and here with the thallium sulfide forms a point-like contact. The small one used for the concentration of radiation In this exemplary embodiment, glass ball 5 is arranged outside of the cell vessel.
Nach der Fig. 3 liegt die Elektrode 4 in dem im Zellengefäß 1 befindlichen Thalliumsulfid 2 ebenfalls wieder als Drahtschlinge angeordnet. Durch den Boden des Zellengefäßes und einen dort zwischen der Gefäßwandung und dem Thalliumsulfid 2 vorgesehenen vollen aoo Glaskörper 7 hindurch ist die andere Elektrode 3 geführt, die wieder nur mit einem kurzen Endstück in Kontakt mit dem Thalliumsulfid steht. In diesem Falle ist die zur Strahlungskonzentration dienende und die Oberfläche des Thalliumsulfides berührende Glaskugel 5 in das Innere des Thalliumsulfides eingebettet.According to FIG. 3, the electrode 4 is located in the thallium sulfide located in the cell vessel 1 2 again arranged as a wire loop. Through the bottom of the cell jar and a full aoo provided there between the vessel wall and the thallium sulfide 2 Glass body 7 through the other electrode 3 is guided, which again only with one short end piece is in contact with the thallium sulfide. In this case the for Radiation concentration serving and touching the surface of the thallium sulfide Glass ball 5 embedded in the interior of the thallium sulfide.
Die Einrichtung nach Fig. 4 stimmt weitgehend mit der Anordnung nach Fig. 1 überein. Ein wichtiger Unterschied besteht jedoch darin, daß bei der Einrichtung nach Fig. 4 zwei punktförmige Elektroden 3 und 4 in den Thalliumsulfidtropfen eingefügt sind. Hierbei ist jedes der beiden Enden der Elektroden mit kugelförmigen, die Halbleiterschicht berührenden Strahlungssammlern umgeben. The device according to FIG. 4 largely corresponds to the arrangement according to FIG. An important difference, however, is that in the device according to FIG are inserted into the thallium sulfide droplets. Here is each of the two ends of the electrodes surrounded by spherical radiation collectors in contact with the semiconductor layer.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 liegt das geschmolzene Thalliumsulfid 2 in einem metallischen Napf 4, der die eine Elektrode bildet und gleichzeitig zur AbleitungIn the embodiment of FIG. 5, the molten thallium sulfide 2 is in a metallic cup 4, which forms one electrode and at the same time for the discharge
der Wärme von der Halbleiterzelle dient. Von oben ragt in das Thalliumsulfid die an ihrem unteren Ende mit einem kugeligen Strahlungssammler 5 umgebene Elektrode 3 hinein. Um die Abkühlung der aus elektrischen oder optischen Ursachen hervorgerufenen Erwärmung möglichst schnell erfolgen zu lassen, ist die Kontaktspitze der Elektrode 3 möglichst bis auf den Boden des Napfes geführt, der durch ein Glimmer- oder Emailstück 8 gegen die nahe benachbarte Spitze der Elektrode 3 isoliert ist.serves for the heat from the semiconductor cell. The protrudes into the thallium sulfide from above electrode 3 surrounded by a spherical radiation collector 5 at its lower end. To cool off the off electrical The contact tip of the electrode is to allow the heating caused by optical causes to take place as quickly as possible 3 as far as possible down to the bottom of the cup, which by a piece of mica or enamel 8 against the closely adjacent Tip of the electrode 3 is insulated.
Die der Belichtung ausgesetzten Elektroden sind jeweils in Abhängigkeit von der Form des einfallenden Strahlenbündels als eingeschmolzene kurze band-, röhren- oder ringförmige Stückchen ausgebildet oder bestehen aus einem feinen Drahtnetz. Weitere Elektrodenformen sind durch in eine Unterlage eingefügte feine Metallstriche oder Metallraster zu ereichen. Die Träger dieser Elektroden bildet entweder die Außenwand des Zellengefäßes oder ein in den Halbleiter eingefügter besonderer Stützkörper.The electrodes exposed to exposure are each dependent on the Shape of the incident beam as a melted short ribbon, tube or annular pieces formed or consist of a fine wire mesh. Further Electrode shapes are made of fine metal lines or metal grids inserted into a base to reach. The carrier of these electrodes either forms the outer wall of the cell vessel or a part of the semiconductor inserted special support body.
Für eine gewünschte Wärmeableitung kann nicht nur, wie schon erwähnt wurde, durch Verbindung der Halbleiterzelle mit einem besOnders guten Wärmeleiter, sondern auch durch eine zweckmäßige Formgebung des Zellengefäßes Sorge getragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Energieleistungen der Zelle durch hohe Spannungen oder große Strahlungsmengen zu erhöhen, ohne daß ihre Empfindlichkeit dadurch beeinträchtigt wird.For a desired heat dissipation, it is not only possible, as already mentioned, through Connection of the semiconductor cell with a particularly good heat conductor, but also care must be taken by appropriately shaping the cell vessel. In this way it is possible to increase the energy benefits of the cell by high voltages or large amounts of radiation without impairing its sensitivity will.
Bei Verwendung von mehr als zwei Elektroden in einem einzigen Halbleiter können diese in Anpassung an den Gebrauchszweck parallel oder hintereinander geschaltet werden. When using more than two electrodes in a single semiconductor these can be connected in parallel or in series to suit the intended use.
Claims (6)
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE655890C (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE940666C (en) * | 1948-12-07 | 1956-03-22 | Electronique Moderne Sarl L | Circuit for operating photoelectric cells |
| US2964636A (en) * | 1956-06-05 | 1960-12-13 | Eastman Kodak Co | Optically immersed photoconductive cells |
| US2983888A (en) * | 1954-09-29 | 1961-05-09 | Barnes Eng Co | Bolometer |
| DE1117790B (en) * | 1957-09-03 | 1961-11-23 | Nat Res Dev | Semiconductor material suitable for the manufacture of photo semiconductor cells, radiation filters or the like |
| DE1188833B (en) * | 1952-04-12 | 1965-03-11 | Immanuel Broser Dr Ing | Method for measuring low radiation intensities, especially X-ray and gamma rays |
-
1934
- 1934-06-28 DE DES114517D patent/DE655890C/en not_active Expired
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