DE2443259A1 - Verfahren zur herstellung des bildwandlers fuer eine bildaufnahmeroehre - Google Patents

Verfahren zur herstellung des bildwandlers fuer eine bildaufnahmeroehre

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DE2443259A1 DE2443259A DE2443259A DE2443259A1 DE 2443259 A1 DE2443259 A1 DE 2443259A1 DE 2443259 A DE2443259 A DE 2443259A DE 2443259 A DE2443259 A DE 2443259A DE 2443259 A1 DE2443259 A1 DE 2443259A1
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    • Y10S257/917Plural dopants of same conductivity type in same region

Description

Patentanwälte
Dipl. Phys. W. Schmitz
Dipl. Ing. E. Graalfs
Dipl. Ing. W. Wehnert
Dipl. Phys. W. Carstens
8 München 15
Mozartstr. 23
Hitachi Limited
5-1, 1-chome, Marunouchi 10. Sep. 1974
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan . Anwaltsakte.: M-;524O
Verfahren zur Herstellung des Bildwandlers für eine Bildaufnahmeröhre
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Bildwandlers für eine Bildaufnahmeröhre, bei dem ein lichtdurchlässiger leitender Film vom N-Typ auf ein Substrat und danach ein armorpher fotoleitender Film vom P-Typ aufgebracht werden, welch letzterer im wesentlichen aus metallischem Selen besteht.
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Herstellungsverfahren für einen Bildwandler mit einer fotoleitenden Schicht, die eine "heterojunction" aufbaut.
Hinsichtlich der Herstellung des Bildwandlers einer Bildaufnahmeröhre ist vor kurzem vorgeschlagen worden, einen lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ aus Indiumoxyd (lnp0-,) oder Zinoxyd (SnO2) auf ein lichtdurchlässiges Substrat aus Glas oder Quarz aufzubringen und danach einen armorphen fotoleitenden Film vom P-Typ aufzubringen, der im wesentlichen aus metallischem Selen mit Tellur (Te)-oder Arsen (As)-Zugabe besteht. Die Zugabe der vorstehend
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genannten Elemente erfolgt, um eine Kristallisation zu verhindern. Der lichtdurchlässige Film vom N-Typ und der auf ihn aufgebrachte armorphe fotoleitende Film vom P-Typ bilden eine "hetero-junction", wodurch die Spektralempfindlichkeitscharakteristik, die Ansprechgeschwindigkeitscharakteristik, die Dunkelstromcharakteristik, die Auflösungscharakteristik und andere Charakteristiken verbessert werden und zugleich die Herstellung des Bildwandlers erleichtert wird. Dieser Vorschlag war in mancher Hinsicht soweit erfolgreich.
Wenn aber der auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellte Bildwandler einer Bildaufnahmeröhre unter Ruhebedingungen oder Betriebsbedingungen auf einer Umgebungstemperatur von 40° C gehalten wird, treten infolge der Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Filme vom N-Typ und P-Typ Spannungen längs der Zwischenfläche zwischen den beiden Filmen auf, so daß bei Ruhig-
in
haltung der Bildröhre/einer Atmosphäre von höherer Temperatur oder dem Benutzen der Bildröhre in einer Atmosphäre von höherer Temperatur der Dunkelstrom beträchtlich zunimmt, womit die Bildqualität in großem Ausmaße verschlechtert wird.^/Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des Bildwandlers für eine Bildaufnahmeröhre anzugeben, bei dem dieser Nachteil nicht auftritt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß auf den lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ zunächst ein fotoleitender Film vom N-Typ bestehend aus einer Verbindung der Gruppen II - VI aufgebracht wird, wobei ein Vakuumbedampfungsstand mit einem die Verbindung aufnehmenden Schiffchen und einem hohlen Abschirmbauteil eingesetzt wird,
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und auf diesen fotoleitenden Film vom N-Typ der armorphe fotoleitende Film vom P-Typ aufgebracht wird.
Als Erfindungen der Gruppen II - VI des Periodensystems können Kadmiumselenid (CdSe), Kadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS) und Zinkselenid (ZnSe) eingesetzt werden. Die Neigung des amorphen fotoleitenden Film vom P-Typ, auszukristallisieren, ist durch die Ausbildung des lichtdurchlässigen Film vom N-Typ wirkungsvoll unterdrückt. Der lichtdurchlässige Film vom N-Typ muß natürlich eine gewisse Dicke aufweisen. Gleichzeitig kann aber durch den zwischen den lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ und dem amorphen fotoleitenden Film vom P-Typ eingebrachten fotoleitenden Film vom N-Typ das Problem des Spannungsaufbaus an der Zwisehenflache zwischen dem lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ und dem amorphen fotoleitenden Film vom P-Typ gelöst werden, wenn die Umgebungstemperatur auf einen oberhalb 40° C liegenden Wert ansteigen sollte. Im Vergleich zu dem Bildwandler bekannter Bauart werden darüber hinaus Dunkelstrorn und die Anzahl der Defekte, insbesondere der Funkeldefekte im großen Maße verkleinert.
Es wurde aber gefunden, daß durch eine Anhebung der Dicke des fotoleitenden Films vom N-Typ nicht immer ein Bildwandler mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten wird und daß die Verfahrensparameter bei der Herstellung des Films zu bevorzugende Bereiche einnehmen sollten, wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen. Insbesondere sollen sowohl die Anzahl der Weißfleck- und Funkeldefekte als auch die Größe des Dunkelstromes in großem Ausmaße verringert werden.
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Vorzugsweise wird daher die Temperatur des Substrates in dem Bereich von 50° C bis 250° C gehalten, wenn der fotoleitende Film vom N-Typ auf den lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ aufgebracht wird.
Hinsichtlich eines anderen Parameters ist es zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen dem Schiffchen und dem Substrat im Bereich von 8 bis .13 cm gehalten wird und das Schiffchen und das Substrat in das hohle Abschirmbauteil eingebracht werden, wodurch eine homogene Atmosphäre der Verbindung aus den Gruppen II - VI um das Schiffchen und das Substrat herum aufgebaut wird.
Schließlich werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn das Schiffchen auf eine vorgegebene Temperatur vorgewärmt wird, und zwar insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 350° C bis 500° C.
Weitere Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen zum Stand der Technik gehörigen Bildwandler einer Bildaufnahmeröhre,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Target, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
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Pig. 3 einen Längsschnitt durch einen Vakuumbedampfungsstand, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens benutzt wird,
Fig. 4 die graphische Darstellung der Zusammenhänge zwischen der Aufbringtemperatur des lichtdurchlässigen Substrates, der Anzahl der erzeugten Defekte und der Betriebszeit s
Fig. 5 eine graphische Darstellung zwischen der Beziehung des anfänglichen Dunkelstroms»und der Temperatur des Substrats beim Aufdampfen eines CdSe Films,
Fig. 6 die graphische Darstellung der Zusammenhänge zwischen der Aufdampfzeit der Verbindungen aus den Gruppen II - VI und der Aufdampfgeschwindigkeit, und
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Spitzenwertes des Röntgen-Beugungsbildes von der Dauer der Vorne i zb ehandlung .
In der Fig. 1 ist ein bekannter Bildwandler dargestellt. Er besteht aus einem lichtdurchlässigen Substrat 1 aus Glas oder Quarz, einem
2 -
lichtdurchlässigen leitenden Film/vom N-Typ, der aus Indiumoxyd (In2O-,) oder Zinnoxyd (SnO2) besteht und auf dem Substrat 1 aufgebracht ist, und aus einem amorphen fotoleitenden Film J5 vom P-Typ, der auf den leitenden Film 2 aufgebracht ist und im wesentlichen aus metallischem Selen (Se) besteht; dem Selen können Tellur (Te) und Arsen (As) zugesetzt sein, um Kristallbildung zu verhindern.
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Der lichtdurchlässige leitende Film 2 vom N-Typ und der amorphe fotoleitende Film J5 vom P-Typ bilden eine fotoleitende Schicht vom "hetero-junction"-Typ.
In der Fig. 2 ist ein neuer Bildwandler für eine Bildaufnahmeröhre dargestellt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. In der Fig. 2 sind solche Teile, die den in der Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen belegt. In der Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl H- einen fotoleitenden Film vom N-Typ, der durch Aufbringung einer Verbindung aus den Gruppen II und VI auf eine Oberfläche des lichtdurchlässigen leitenden Films
2 vom N-Typ unter Einsatz eines Vakuumbedampfungsstandes 5 aufgebracht ist. Ein derartiger Vakuumbedampfungsstand ist in der Fig.
3 dargestellt. Der Stand weist eine Basis/auf, in der eine mit
einer nicht gezeigten Diffusionspumpe in Verbindung stehende öffnung ausgebildet ist. Weiterhin gehört zu dem Stand ein Rezipi- . ent 7, der luftdicht auf der Basis 6 aufsitzt bzw. befestigt ist. Im Inneren des Rezipienten 7 ist auf der Basis 6 ein zylindrisches Abschirmbauteil 8 befestigt. In dem Abschirmbauteil 8 ist ein Metallschiffchen 9 aus Platin, Tantal, Molybden usw. für die Aufnahme der Verbindung der Gruppen II und VI angeordnet. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind zwei lichtdurchlässige Substrate 1 in einem vorgegebenen Abstand von dem Metallschiffchen 9 angeordnet. Bei einem der Schiffchen ist auf der Rückseite des Substrats (auf der der lichtdurchlässige Film 2 vom N-Typ nicht aufgebracht ist) ein Thermofühler 10 angeordnet, um die Temperatur des Substrats überwachen zu können. Weiterhin gehört zu dem Vakuum-
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bedampfungsstand 5 eine Heizplatte 11 mit nicht genauer dargestelltem Nichrom-Draht zum Erwärmen des Substrats. Schließlich ist mittels eines Isolators 12 auf der Oberseite der Aufheizplatte ein Monitor 13 abgestützt, der eine Messung der Dicke des aufgebrachten Films ermöglicht.
Es sollen nun einige Beispiele der Herstellung des Bildwandlers (Targets) für eine Bildaufnahmeröhre beschrieben werden, bei denen der in der Fig. 3 gezeigte Vakuumbedampfungsstand benutzt wird.
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel wurde zunächst ein CdSe-FiIm mit einer Dicke
ο
von ungefähr 240 A auf dem Substrat 1 mit Hilfe des in der Fig.
gezeigten Vakuumverdampfungsstandes aufgedampft, wobei das Innere des hohlen Abschirmbauteils 8 und das Substrat auf Temperaturen von 25° C, 50° C, 100° C, 200° C, 300° C und 400° C für verschiedene Versuche gehalten wurde. Danach wurde der fotoleitende Film nach dem bekannten Verfahren formiert und in die Aufnahmeröhre eingebaut. Der Graph gemäß Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Auftretens von Weißfleck- und/oder Dunkeldefekten von Bildaufnahmeröhren mit einem einen CdSe-FiIm enthaltenden Bildwandler,
von der Betriebszeit und von der beim Aufdampfen des CdSe-Films herrschenden Substrattemperatur von 100° C, 200° C bzw. 300° C. In der Fig..4 ist die gekrümmte Linie A einer Substrattemperatur von 300° C zugeordnet; die gekrümmte Linie B ist der Temperatur von 200 C zugeordnet, während die gekrümmte Linie C dem Fall 100° C zugeordnet ist. Die Linie D bezeichnet den Fall, in dem kein CdSe-FiIm aufgebracht worden ist.
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Der Graph gemäß Fig. 5 zeigt, wie die Substrattemperaturen bei dem Aufdampfen des CdSe-Films den anfänglichen Dunkelstrom in der Aufnahmeröhre beeinflussen, die mit den vorstehend beschriebenen Bildwandlern ausgerüstet ist. Aus den Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, daß je niedriger die Substrattemperatur bei dem Aufdampfen des CdSe-Films ist, desto mehr nimmt die Zahl der Weißfleck- und Funkeldefekte ab; aber andere Defekte, wie z.B. der Dunkelstrom nehmen zu, wenn die Substrattemperatur zu niedrig ist. Daher weist die Substrattemperatur beim Aufdampfen des CdSe-Films einen bestimmten signifikanten Bareich auf, der praktisch von 50° C bis 200° C reichtj vorzugsweise erstreckt sich der Temperaturbereich von 8o° C bis 200° C und besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Temperaturbereich von 80° C bis 120° C eingehalten wird. In dem zuletzt erwähnten Bereich, d.h. zwischen 8o° C und 120 C, werden die vorstehend erwähnten Defekte vom praktischen Gesichtspunkt her gesehen auf Null reduziert.
Das vorstehend aufgezeigte Verhalten wurde beobachtet, wenn ein
ο ο CdSe-FiIm im Dickenbereich von 120 A bis 2βθ Α hergestellt wurde,
In der Fig. 4 ist die relative Zahl der erzeugten Defekte als die Zahl der Defekte definiert, die in einem ausgesuchten konstanten Abtastbereich (z.B. 8,8 χ 6,6 mm) nach Anlaufen des Versuches erzeugt werden, wobei angenommen wird, daß die Anzahl der Defekte im Anfangszustand vor dem Test Null ist.
Daher wurde bei dieser Ausführungsform beim Einstellen der Dicke des fotoleitenden Films 4 vom N-Typ in dem Dickenbereich zwischen
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OO
120 A und 260 A es möglich, die Anzahl der Weißfleck- und Funkeldefekte in großem Maße zu verkleinern.
Beispiel 2
Während bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel die Temperatur des Substrates in einem besonderen Temperaturbereich gehalten wurde, um die vorstehend erwähnten Defekte auszuschalten, wird bei dem folgenden Beispiel das Metallschiffchen vorgeheizt, um Änderungen in der Aufdampfgeschwindigkeit zu vermeiden.r
Ein Aufheizen und Verdampfen des in das Metallschiffchen 9 für die Aufbringung des fotoleitenden Films 4 vom N-Typs eingebrachten CdSe wurde das Schiffchen 9 auf eine Temperatur im Bereich von 350 C bis 500° C während ungefähr 6θ Minuten vorgeheizt, um die Aufdampfgeschwindigkeit des CdSe-Films zu stabilisieren, wodurch ein CdSe-FiIm mit verbesserten Eigenschaften erhalten wurde. Ohne ein sol ches Vorheizen - z.B. bei Verwendung eines noch nicht benutzten Metallschiffchens 9 zur Ausbildung des fotoleitenden Films 4 vom N-Typ auf dem Substrat 1 - nahm die Aufdampfgeschwindigkeit des auf dem lichtdurchlässigen leitenden Film 2 vom N-Typ aufzubringenden CdSe-Films allmählich ab, wie es durch die Kurve E in der Fig. 6 dargestellt ist. Namentlich ist die Aufdampfgeschwindigkeit, nicht stabilisiert und ändert sich selbst 10 Minuten nach dem Beginn des Aufdampfvorganges sehr stark, so daß der Kristallisationsgrad des CdSe-Films für jede Aufdampfgeschwindigkeit variiert wurde.
Wie die Fig. 7 zeigt, nimmt der Spitzenwert des Rö.ntgentteugungsbildes, der ein Maß für den Kristallisationsgrad ist, mit der Länge
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der Vorheizbehandlung ab. Das Ergebnis der Messung der Lichtdurchlässigkeit des CdSe-Films (in %) zeigt, daß das Absorptionsende in Richtung kürzerer Wellenlängen verschoben wurde, wenn die Aufdampfgeschwindigkeit abnahm. Wurde ein noch nicht benutztes Schiffchen 9 ohne Vorheizen oder mit Vorheizen zu j50 Minuten benutzt, wurde der Flächenwiderstand des CdSe-Films in Abhängigkeit von der Veränderung des Kristallisationsgrades geändert, wodurch eine extreme Instabilität der Dunkelstromcharakteristik verursacht wurde. Dies führte dazu, daß der Wert des anfänglichen Dunkelstroms auf einen Wert angehoben wurde, der größer war als einige nA. Wurde aber das Schiffchen während einer Zeitdauer von ungefähr 6o Minuten auf eine Temperatur im Bereich von 350° C bis 500° C vorgeheizt, wurde nach der anfänglichen Änderung der Aufdampfgeschwindigkeit während der weiteren Aufdampfzeit keine Änderung der Aufdampfgeschwindigkeit mehr beobachtet, wie dies aus der Fig. β ersichtlich ist (Kurve F).
Nach diesem Beispiel kann auf diese Weise eine bemerkenswerte Änderung in der Aufdampfgeschwindigkeit durch ein Vorheizen des in dem Metallschiffchen enthaltenen CdSe-Pulvers in dem erwähnten Temperaturbereich für wenigstens 30 Minuten verhindert werden. Damit werden auch Schwankungen im Kristallisationsgrad, in der Lichtdurchlässigkeit und dem Flächenwiderstand (sheet resistance) vermieden, so daß ein stabiler Dunkelstrom erhalten wird. Es war auch möglich, den Anfangswert des Dunkelstroms unter InA zu drücken.
In der Fig. 6 ist die relative Aufdampfgeschwindigkeit dadurch definiert, daß die Aufdampfgeschwindigkeit, bei der die Schiffchen-
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temperatur konstant auf einer Temperatur von 100° C gehalten wird, in einer quantitativen Beziehung mit einer willkürlichen Skala dargestellt wird.
Derselbe Vorteil kann auch dann erzielt werden, wenn das Metallschiffchen 9 mit einer Substanz überzogen wird, die gegenüber CdSe bei höheren Temperaturen inaktiv ist. Vorzugsweise können SiO„ eingesetzt werden, um eine Berührung zwischen dem CdSe-PuIver und dem Metallschiffchen zu verhindern. Auch kann das Schiffchen selbst aus einer inaktiven Substanz hergestellt sein. Beispiel 3
In diesem Beispiel wurde die Entfernung zwischen dem Metallschiffchen 9 und dem Substrat 1 im Bereich von 8 bis 13 cm gehalten. Das in dem Schiffchen 9 enthaltene CdSe-Pulver wurde verdampft, um das Innere des zylindrischen Abschirmbauteils 8 mit einer gleichförmigen CdSe-Atmosphäre zu füllen. Es wurde gefunden, daß selbst bei einer Änderung des Durchmessers des zylindrischen Abschirmbauteils 8 über einen weiten Bereich die Eigenschaften des Bildwandlers nicht beeinflußt werden, daß aber bei einem außerhalb des Bereichs von 8 bis 13 cm liegenden Abstandes zwischen dem"Metallschiffchen 9 und dem Substrat 1 die Dunkelstromcharakteristik in großem Maße verschlechtert wurde, und zwar nicht nur während des anfänglichen Zeitabschnittes, sondern während der gesamten Betriebszeit. Aus diesem Grunde ist eine Auswahl einer geeigneten Abmessung für das Abschirmbauteil 8 und ein Halten des Äbstandes des Metallschiffchens 9 vom Substrat 1 in dem Bereich von 8 bis 13 cm unbedingt erforderlich.
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Nach diesem Beispiel ist es also möglich, den Dunkelstrom dadurch in großem Maße zu verkleinern, daß in dem Abschirmbauteil 8 eine gleichmäßige Atmosphäre der aufzudampfenden Substanz aufgebaut wird und daß der Abstand des Substrats von dem Metallschiffchen in dem vorstehend beschriebenen Abstandsbereich gehalten wird.
Es ist klar, daß bei der Herstellung eines Wandlers die in den verschiedenen Beispielen aufgeführten Maßnahmen einzeln oder in Kombination berücksichtigt werden können. Z.B. sind Kombinationen der Beispiele 1 und 2, 2 und J5 und 1 und 3 möglich. Natürlich werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn die Maßnahmen aller drei Beispiele 1 und 3 bei der Herstellung in Kombination berücksichtigt werden.
Andere Verbindungen aus Elementen der Gruppen II und VI als das GdSe können ebenfalls mit befriedigenden Ergebnissen benutzt werden, wenn die Substrattemperatur, die Vorheizung des Metallschiffchens und der Abstand zwischen dem Metallschiffchen und dem Substrat in der vorstehend beschriebenen Weise ausgewählt werden.
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Claims (1)

  1. Hitachi Limited
    5-1, 1-chome, Marunouchi
    Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Anwaltsakte: M-J524O
    Patentansprüche
    ( lJVerfahren zur Herstellung des Bildwandlers für eine Bildaufnahmeröhre, bei dem ein lichtdurchlässiger leitender Film vom N-Typ auf ein Substrat und danach ein amorpher fotoleitender Film vom F-Typ aufgebracht werden, welch letzterer im wesentlichen aus metallischem Selen besteht, dadurch ge k e η η zeichnet, daß auf den lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ zunächst ein fotoleitender Film vom N-Typ bestehend aus einer Verbindung der Gruppen II - VI aufgebracht wird, wobei ein Vakuumbedampfungsstand mit einem die Verbindung aufnehmenden Schiffchen und einem hohlen Abschirmbauteil einge- " setzt wird, und auf diesen fotoleitenden Film vom N-Typ der amorphe fotoleitende Film vom P-Typ aufgebracht wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats in dem Bereich von 50° C bis 250° C gehalten wird, wenn der fotoleitende Film vom N-Typ auf den lichtdurchlässigen leitenden Film vom N-Typ aufgebracht wird.
    509811/0882
    J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffchen auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffchen auf eine Temperatur im Temperaturbereich von 550° C bis 500° C für ungefähr 6o Minuten aufgeheizt wird.
    5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Schiffchen und dem Substrat im Bereich von 8 bis IJ> cm gehalten wird und das Schiffchen und das Substrat in den hohlen Abschirmbauteil eingebracht werden, wodurch einehomogene Atmosphäre der Verbindung aus den Gruppen II - VI um das Schiffchen und das Substrat herum aufgebaut wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffchen aus einem Material hergestellt ist, das gegenüber der Verbindung aus den Gruppen II - VI bei höheren Temperaturen inaktiv ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffchen mit einem Oxyd überzogen ist, das gegenüber der Verbindung aus den Gruppen II - VI bei höheren Temperaturen inaktiv ist.
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DE2443259A 1973-09-10 1974-09-10 Verfahren zur herstellung des bildwandlers fuer eine bildaufnahmeroehre Pending DE2443259A1 (de)

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