NO924826L - Fotokatode av in ga as for et nattsyns-system - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et nattsyns-system, og mer spesielt en forbedret fotokatode til bruk i et nattsyns billedforsterkende rør.

Nattsyns-systemer er i vanlig bruk av militære og politi-personell for å utføre operasjoner om natten eller under forhold med lite lys. Nattsyns-systemer benyttes også som hjelpemiddel for helikopter- eller flypiloter ved nattflyv-ning.

Et nattsyns-system omformer det tilgjengelige omgivende lyset med lav intensitet til et synlig bilde. Disse systemene krever noe lys, så som måne- eller stjernelys, for å virke. Det omgivende lyset forsterkes av nattsyns-skopet for å frembringe et utgangsbilde, som er synlig for det menneskelige øyet. Den foreliggende generasjonen av nattsyns-skop benytter bildeforsterkede teknologier for å forsterke de lave nivåene av synlig lys, og også gjøre lyset fra det infrarøde spekteret synlig. Den bildeforsterkende prosessen omfatter omforming av det mottatte omgivende lyset til elektronmønstere, og projeksjon av elektronmønstrene på en fosforskjerm, for omforming av de elektroniske mønstrene til lys som er synlig for observatøren. Dette synlige lyset blir deretter betraktet av operatøren gjennom en linse tilveiebrakt i systemets okular.

Det typiske nattsyns-systemet har en optikkdel og en styredel. Optikkdelen omfatter linser for å fokusere på det ønskede målet, og et bildeforsterkende rør. Det bildeforsterkende røret utfører bildeforsterkingsprosessen beskrevet ovenfor, og omfatter en fotokatode for å omforme lysenergien til elektronmønsteret, en mikrokanalplate for å multiplisere elektronene, en fosforskjerm for å omforme elektronmønstrene til lys, og et fiberoptisk overføringsvindu for å invertere bildet. Styredelen omfatter de elektroniske kretsene nødvendig for styring og kraftforsyning til de optiske delene av nattsyns-systemet.

Den begrensende faktoren til bildeforsterkerrøret er fotokatoden. Det mest avanserte fotokatodene er tredje generasjons, eller Gen 3 rørene, som har en spektral respons cut-off ved de lange bølgelengdene som svarer til lys med en bølgelengde på 94 0 nanometer. Infrarødt lys med bølgelengder over dette området kan således ikke ses ved å benytte Gen 3 røret. Siden det er en overflod av stråling fra natthimmelen i de lengre bølgelengdene, og ulike objekter på bakken, så som vegetasjon, har høy reflektans ved disse bølgelengdene, ville det være ønskelig om et nattsyns-system var i stand til å motta disse bølgelengdene. I tillegg virker laserstråler benyttet av potensielt fiendtlige styrker til sikteformål ved bølgelengder på 1060 nanometer, og det ville være særlig ønskelig for et nattsyns-system om det kunne detektere disse laserstrålene.

Det har lenge vært en hypotese blant fagfolk på området at en fotokatode med et indium-gallium-arsenid (InGaAs) aktivt lag, ville fremvise den ønskede responskarakteristikken. Hittil har InGaAs kun vært benyttet i refleksjonsmodus, og ikke i transmisjonsmodus. Refleksjonsmodus refererer til bruk av et halvledende fotokatodemateriale, hvor elektroner emitteres fra en overflate på halvlederen avhengig av lysenergi som treffer den samme overflaten. Bruk i refleksjonsmodus er typisk i halvledende katoder plassert inne i vakuumrør. Transmisjonsmodus refererer til en bruk av en halvledende fotokatode hvor lysenergi treffer en første overflate, og elektroner emitteres fra en motstående overflate. Fotokatoder som benyttet i moderne nattsynssystemer virker i transmisjonsmodus. Refleksjonsmodus halvledere er ikke egnet for bruk som en fotokatode i et kompakt bildeforsterkende rør, siden bruken krever at de emitterte elektronene må komme ut fra fotokatoden ved en ende motstående den som lysenergien først traff.

På tross av store anstrengelser av statlig og industrielt teknisk personell, kunne imidlertid ingen transmisjonsmodus InGaAs fotokatode fremstilles. Ikke bare var konstruktørene ute av stand til å gjøre InGaAs tynt nok til å være effektivt i transmisjonsmodus, de var også ute av stand til å lage laget støttet med et optisk vinduslag nødvendig for fotokatoden.

For en transmisjonsmodus fotokatode er det nødvendig med en tykkelse på det aktive laget på 1 mikrometer eller mindre for å oppnå den ønskede respons. Imidlertid ble refleksjonsmodus InGaAs lag typisk laget med en tykkelse på tilnærmet 10 mikrometer. De nødvendige tynne lagene med tilstrekkelig høy krystallkvalitet kunne ikke produseres siden InGaAs laget ikke ville vokse tilfredsstillende på et galliumarsenid-substrat benyttet for å fremstille den halvledende skivestrukturen. Videre kunne konstruktørene ikke tilpasse den krystallinske gitterstrukturen i InGaAs laget med de andre halvledende lagene nødvendig i en transmisjonsmodus fotokatode. På grunn av disse vanskene, ble de fleste anstrengelsene for å utvikle en InGaAs fotokatode til slutt oppgitt.

Det vil derfor være ønskelig å tilveiebringe en forbedret fotokatodestruktur i stand til å motta bølgelengder i området over 940 nanometer. Det ville videre være ønskelig å frembringe en fotokatodestruktur som benytter et aktivt lag av InGaAs. Det ville videre være ønskelig å frembringe en fremgangsmåte for å tilvirke en fotokatodestruktur i stand til å reagere på bølgelengder i området over 94 0 nanometer. Det ville være videre ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fremstille en fotokatodestruktur med et aktivt lag av InGaAs.

I samsvar med ovenstående er det et overordnet mål for den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fotokatodestruktur til bruk i et nattsyns-system i stand til å reagere på bølgelengder av lys i området over 940 nanometer. Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fotokatodestruktur som benytter et aktivt lag av InGaAs. Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fremstille en fotokatodestruktur i stand til å reagere på bølgelengder i området over 940 nanometer. Ytterligere et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fremstille en fotokatodestruktur med et aktivt lav av InGaAs.

For å oppnå de foregående mål, og i samsvar med hensikten med denne oppfinnelsen, består den forbedrede fotokatoden til bruk i nattsynssystemer av en frontplate av glass, et aluminium-indium-are.senid (AlInAs) vinduslag bundet til frontplaten, og forsynt med et antirefleksjonslag og et beskyttelseslag, et aktivt lag av indium-gallium-aresenid (InGaAs) epitaksialt dyrket på vinduslaget,og en krom elektrode bundet til frontplaten, vinduslaget, og det aktive laget for å danne en elektrisk kontakt mellom fotokatoden og nattsyns-systemet.

Ifølge en utførelsesform tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen en fotokatode til bruk i et bildeforsterkende rør, bestående av et aktivt lag dannet av InGaAs, et vinduslag epitaksialt dannet med det aktive laget, et antireflektivt belegg tilført vinduslaget, et beskyttende belegg tilført det antireflektive belegget, en frontplate av glass festet til beskyttelsesbelegget ved hjelp av varme, og en elektrode bundet til kantene av frontplaten, vinduslaget og det aktive laget. Elektroden tilveiebringer en kontakt for elektrisk forbindelse mellom fotokatoden og det bildeforsterkende røret.

Et bilde dannet av lys tilført frontplaten resulterer i at tilsvarende bildemønster av elektroner utsendt fra det aktive laget.

Fremgangsmåten for å fremstille en transmisjonsmodus fotokatode i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen,

omfatter stegene å epitaksialt dyrke et bufferlag av GaAs/InGaAs på et basissubstrat av GaAs, epitaksialt å dyrke

et stopplag av AlInAs på bufferlaget, epitaksialt å dyrke et aktivt lag av InGaAs på stopplaget, epitaksialt å dyrke et vinduslag av AlInAs på det aktive laget, epitaksialt å dyrke et InGaAs topplag på vinduslaget, etse bort topplaget for å eksponere vinduslaget, legge ned et første lag av silisiumnitrat på vinduslaget, legge ned et lag med silisiumdioksid på vinduslaget, varme hele strukturen til en høy temperatur,

binde glass til silisiumdioksid-laget, fjerne substratlaget ved å benytte selektive etseteknikker, fjerne stopplaget ved å benytte selektive etseteknikker, og å legge på en krom

elektrode ved å benytte tynnfilmteknikker.

En mer fullstendig forståelse av den forbedrede fotokatoden med InGaAs til bruk i nattsynssystemer ifølge den foreliggende oppfinnelsen, vil fremgå for fagfolk på området, sammen med ytterligere fordeler og trekk, av den følgende detaljerte beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen. Det vises til de vedføyde tegningene, som først vil bli beskrevet kortfattet.

Fig. 1 viser et sammenstillingsriss av et bildeforsterkende

rør for et nattsyns-system;

Fig. 2 viser en graf som forestiller spektrale responskurve som sammenligner InGaAs med konvensjonelle Gen 2 og Gen 3 fotokatoder; Fig. 3 viser en graf som forestiller spektrale respons-kurver for varierende konsentrasjoner av InGaAs til bruk i fotokatoder; Fig. 4 viser et skjematisk diagram av en fotokatode- sammenstilling ; og Fig. 5 viser et skjematisk diagram av en multilags halvledende skive til bruk i fremstilling av fotokatoden ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Politi og militære styrker som opererer under forhold i nær eller totalt mørke har et kritisk behov for nattsyns-systemer i stand til å motta lysbølgelengder over 940 nanometer. Det vises først til figur 1, hvor elementene i et nattsyns-system er vist. Som nærmere beskrevet nedenfor, gjør nattsyns-systemet observatøren 5 i stand til å se treet 30 i mørket og til og med å forstørre bildet til å danne det virtuelle bildet av treet 38.

Et nattsyns-system består av en objektivlinse 14, en fokuserende linse 12, og et bildeforsterkende rør10 mellom fokuseringslinsen og objektivlinsen. Det bildeforsterkende røret 10 består av en fotokatode 20, en mikrokanalplate (MCP) 24, en fosforskjerm 26 og en fiberoptisk inverter 28. Omgivende lys reflektert fra treet 30 passerer gjennom objektivlinsen14, som fokuserer lysbildet på fotokatoden 20. Det bør fremgå at bildet 32 på fotokatoden 20 er invertert etter det er passert gjennom objektivlinsen 14. Fotokatoden 20 er dannet av et halvledende materiale, så som gallium-arsenid (GaAs). Fotokatoden 20 har en aktiv overflate 22, som sender ut elektroner avhengig av den fokuserte optiske energien i et mønster som representerr det inverterte visuelle bildet mottatt gjennom objektivlinsen 14. De utsendte elektronene er vist billedmessig i figur1som en mengde piler som forlater den aktive overflaten 22. Fotokatoden 20 er følsom overfor visse infrarøde lysbølgelengder, såvel som lys i det synlige spekteret, slik at elektroner produseres avhengig av det infrarøde lyset som passerer gjennom objektivlinsen og når fotokatoden 20.

Elektroner som sendes ut fra fotokatoden 20 binder energi gjennom et elektrisk felt tilført mellom fotokatoden og mikrokanalplaten 24, og passerer gjennom mikrokanalplaten. Mikrokanalplaten 24 består av en skive med parallelle, hule glassfibre, som hver har en første sylindrisk akse orientert svakt avvikende fra retningen til elektronene som sendes ut fra fotokatoden 20. Mikrokanalplaten 20 multipliserer antall elektroner ved flere kaskader av sekundære elektroner emittert gjennom kanalene ved å legge på en spenning over de to flatene på mikrokanalplaten.

De multipliserte elektronene fra mikrokanalplaten 24 kommer ut fra mikrokanalplaten og blir tilført energi fra et høyspent elektrisk felt tilveiebrakt mellom mikrokanalplaten og fosforskjermen 26. Elektronene treffer fosforskjermen 26, som reagerer med elektronene, og genererer et synlig lysbilde tilsvarende bildet mottatt gjennom objektivlinsen 14. Det bør være klart at fosforskjermen 26 virker som et middel for å omforme elektronmønsteret generert av fotokatoden 20 til et synlig lysbilde av det mottatte bildet, og dette bildet er vist ved 34 på figur 1.

Bildet 34 fra fosforskjermen 26 overføres gjennom den fiberoptiske inverteren 28, som roterer bildet slik at det virker riktig for observatøren 5, som vist ved 36. Den fiberoptiske inverteren 28, er dannet av en vridd bunt optiske fibre. Optiske fibre benyttes i stedet for en ordinær inverterende linse for å minimalisere alt tap av lysenergi som

ordinært ville slippe ut gjennom sidene av en typisk linse.

En observatør 5 vil se et korrekt orientert utgangsbilde 36 gjennom fokuseringslinsen 12 som et virtuelt bilde 38. I figur 31 kan et virtuelt bilde 38 forstørres i størrelse avhengig av forstørrelseskraften til objektivlinsen 14.

Den spektrale responsen til nattsyns-systemet er i høy grad avhengig av fotokatoden 20. Det vises nå til figur 2, hvor det er vist en typisk spektralresponskurve som sammenligner halvledende materialer til bruk i en fotokatode. Gen 3 røret som benytter GaAs, og Gen 2 røret som benytter trialkalimaterialer, er i vanlig bruk på området. Grafen viser at deres spektrale responser ved de lengre bølgelengdene kuttes ved et maksimum på omkring 94 0 nanometer bølgelengde. En fotokatodestruktur som benytter indiumgalliumarsenid (InGaAs) halvledende materiale i det aktive laget, ville imidlertid strekke den spektrale responsen ut til et cut-off på 1060 nanometer bølgelengde.

Figur 3 viser videre at når indiumkonsentrasjonen i InGaAs blandingen økes, kan fotokatodens cut-off ved de lange bølgelengdene strekkes ut. Blandingens sammensetning bestemmes ved å variere den atomære brøkdelen x av indium i blandingen In^Ga^^As. Det bør være klart av fotokatodens ønskede cut-off ved de lengre bølgelengdene kan skreddersys ved å variere blandingens sammensetning.

En fotokatode 20 dannet av InGaAs materialet, er skjematisk vist i figur 4. En frontpolate av glass 58 er tilveiebrakt ved toppen av tegningen, og danner overflaten av fotokatoden 20 nærmest objektivlinsen 14. Under frontplaten 58 er det tilveiebrakt et belegg 56. Belegget 56 består av et lag silisiumnitrat, som virker som antirefleksjonslag, og et lag silisiumdioksyd for beskyttelse. Belegget 56 forhindrer at lysenergi reflekteres ut av frontplaten 58. Deretter er det tilveiebrakt et vinduslag 52 for å støtte det aktive laget som beskrevet nedenfor. Vinduslaget 52 er dannet av aluminium-indium-arsenid (AlInAs) halvledende materiale, og virker som et filter for å hindre lys med kortere bølgelengder i å passerer til det aktive laget 48. Det aktive laget 48 er dannet av InGaAs, og omformer det optiske bildet mottatt til elektronmønstrene beskrevet ovenfor.

De sylindriske kantene til hele fotokatodestrukturen 20 er dekket av kromelektrode 62. Kromelektroden 62 har en ringformet overflate, som er formet etter kantene til frontplaten av glass 58, belegget 56, vinduslaget 52 og det aktive laget 48. Kromelektroden 62 tilveiebringer en elektrisk forbindelse mellom fotokatoden og de andre komponentene av det bildeforsterkende røret 10 beskrevet ovenfor.

For å fremstille en fotokatode ved å benytte InGaAs halvledende materiale, må det først dannes en halvledende skive. En halvledende skive som benytter InGaAs er vist skjematisk i figur 5. Først benyttes et GaAs substrat 4 2 som et basislag. GaAs er kommersielt tilgjengelig, og foretrukket siden det tilveiebringer en enkelt-krystall skive med lav defekttetthet. Som det vil bli beskrevet nærmere nedenfor, blir de ytterligere lagene epitaksialt dyrket på toppen av GaAs substratet 42. Dyrkingsbetingelsene må optimaliseres på den ønskede sammensetningen, dopingsnivå, tykkelseskontroll og også for høy krystallkvalitet i lagene og ved grensesnitt-regionene, som allment kjent på fagfeltet.

Et bufferlag 44 er deretter epitaksialt dyrket på substratlaget 42. Hensikten med bufferlaget 44 er å tilveiebringe en overgang mellom substratlaget 42, og de påfølgende lag, som vil bli beskrevet nedenfor. Denne overgangen reduserer effektivt degraderingen av krystallkvalitet som skyldes mistilpasninger i gitrene mellom substratet 42 og krystall-lagene som skal plasseres oppå substratlaget. Bufferlaget 44 virker også ved å forhindre urenheter i substratlaget 42 fra å diffundere oppover og inn i de andre halvledende lagene.

Det finnes to tilgjengelige teknikker for å danne bufferlaget 44: den "graderte" teknikken og "supergitter" teknikken. Den graderte teknikken består av å starte med GaAs substratet 42, og gradvis øke prosentandelen indium i InGaAs blandingen i løpet av dyrkningen av bufferlaget 44. Prosentandelen ville øke fra 0 % til prosentandelen som svarer til den optimale blandingskonsentrasjonen av det aktive laget 48, som vil bli beskrevet nedenfor. Benyttes den graderte teknikken, oppnås en total tykkelse på bufferlaget 44 på 4 til 5 mikrometer.

Supergitterteknikken består av å dyrke ekstremt tynne lag av GaAs og InGaAs vekselvis, i samme atomære konsentrasjon som vil bli benyttet i blandingen i det aktive laget, hvilket vil bli ytterligere beskrevet nedenfor. Hver av disse individuelle lagene kan være så tynne som 100 til 150 ongstrøm, og det kan være så mange som 10 individuelle lag av hver type. Ved å benytte supergitterteknikken kan det således oppnås bufferlagstykkelser på så lite som 0,3 mikrometer. I tillegg kan bufferlaget 44dyrkes mye raskere ved å benytte supergitterteknikken enn den graderte teknikken, hvilket reduserer den totale tiden nødvendig for å fremstille fotokatoden. Følgelig foretrekkes supergitterteknikken fremfor den graderte teknikken.

På toppen av bufferlaget 44 dyrkes et stopplag 46 epitaksialt. Siden substrat og bufferlagene 42 og 44 til slutt vil bli fjernet ved en etsingsteknikk, som vil bli beskrevet nærmere nedenfor, tilveiebringer stopplaget 46 en grense for å forhindre videre etsing inn i de påfølgende lagene. Krystallgitter-parameteren i stopplagsblandingen kan justeres ved å variere den atomære brøkdelen y av indium i blandingy en Ali, -y In YAs. I den foretrukne utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen justeres den atomære brøkdelen y slik at AlInAs gitteret passer til krystallgitteret i det aktive laget 48.

Det aktive laget 48 blir deretter dyrket epitaksialt på toppen av stopplaget 46, til en tykkelse på omkring 2 mikrometer. Det aktive laget 48 fremstilles av en blanding av InGaAs hvor prosentandelen indium er skreddersydd for å bestemme cut-off for fotorespons, som vist i tegningen på figur 3. Effektiv, negativ elektronaffinitets InGaAs fotokatoder kan oppnås med en blandingssammensetning i området med mindre enn 0,2 atomærbrøkdel indium. Blandingen dopes med en P-type urenhet, som Zn eller Cd, til et nivå på omkring<1019>atomer pr. kubikkcentimeter. Tykkelsen av det aktive laget 48 ventes å bli omkring2mikrometer. Denne tykkelsen vil senere blir redusert, som beskrevet nedenfor, for å opti-malisere den til å maksimalisere fotokatodens respons, eller for et spesielt krav i den spektrale følsomhetsfordelingen.

Ett vinduslag 52 blir deretter dyrket epitaksialt på det aktive laget 48. I den fullførte strukturen, kan lys sendes gjennom vinduslaget 52 til det aktive laget 48.Vinduslaget 52 virker som et filter for å hindre at de uønskede høyere lysfrekvensene (kortere lysbølgelengdene) i å nå frem tild et aktive laget 48. Vinduslaget 52 har den samme kjemiske sammensetningen som stopplaget 46, og velges for sin gitter-tilpasning til krystallgitteret i det aktive InGaAs laget 48. Denne gittertilpasningen er kritisk for virkemåten til fotokatoden. Dersom det er mistilpasning mellom lagene, vil den krystallinske defekttettheten i de dyrkede lagene øke. Vinduslaget 52 er dopet av P-type, fortrinnsvis til et nivå på 10 18 atomer pr. kubikkcentimeter. Cut-off for optisk transmisjon for vinduslaget 52 kan oppnås ved å justere sammensetningen av vinduslaget 52. Det foretrekkes at en atomær brøkdel y på 0,2 tilveiebringes for å oppnå et cut-off på 600 nanometer, og at en tykkelse på 1 mikrometer tilveiebringes for å oppnå tilstrekkelig lystransmisjon, og tilstrekkelig fysisk støtte.

Til slutt dyrkes et topplag 54 av InGaAs epitaksialt på vinduslaget 52. Topplaget 54 er nødvendig for å beskytte de mellomliggende lagene i løpet av nedkjøling av skivestrukturen 40. Det er også meningen at dette laget skal tilveiebringe beskyttelse for vinduslaget 52, for å forhindre at urenheter setter seg på vinduslaget.

Så snart skiven40 er laget og avkjølt, blir topplaget 54 etset vekk for å eksponere vinduslaget 52. Det velges et selektivt etsingsmiddel for å fjerne InGaAs som vanlig kjent på fagområdet.

Etter at topplaget 54 er fjernet, blir et belegg 56 lagt på den øvre overflaten av vinduslaget 52. Belegget er best vist i figur 4, som representerer et tverrsnitt av den endelige, fullførte katoden 20. Den foretrukne utførelses-formen av belegget 56 består av et første lag av silisiumnitrat, fulgt av et første lag av silisiumnitrat, fulgt av et andre lag av silisiumdioksid. Silisiumnitratet tilveiebringer en antireflektiv overflate for å forhindre at omgivende lys reflekteres bort fra fotokatoden 20. Dette sikrer at det meste av det omgivende lyset mottatt av nattsyns-systemet behandles inne i bildeforsterkerrøret 10. Silisiumdioksidet tilveiebringer et beskyttende lag over silisiumnitratet. En tykkelsen på 1000 ongstøm for hver belegg foretrekkes.

Skiven 40 med topplaget 54 fjernet, og belegget 56 tilført, blir deretter varmet opp til en temperatur på noen få tidels grader celsius under glassets mykningspunkt. Ved å benytte termiske kompresjonsbindingsteknikker vanlig kjent på fagområdet, blir en frontplate av glass terisk bundet til skiven 40 som best vist i figur 4. I den foretrukne utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen lages glassfrontplaten 58 av Corning 7056 eller tilsvarende glass, hvor den termiske utvidelseskoeffisienten er tilstrekkelig nær fotokatodematerialets koeffisient. Det bør være klart at mykningspunkt-temperaturen er høyere enn temperaturen benyttet i påfølgende prosesser. Sammenstillingen blir deretter avkjølt, slik at glassfrontplaten 58 danner en unitær struktur med skiven 40.

Deretter fjernes basissubstratlaget 42 og bufferlaget 44. Et etsingsmiddel valgt for GaAs benyttes til å fjerne substratlaget 42, opptil og inkludert bufferlaget 44. Deretter tilføres et valgt etsingsmiddel for AlInAs for å fjerne stopplaget 46. Siden det aktive laget 48 vanligvis har grensesnittdefekter, blir en tynn del av det aktive laget 48 også fjernet ved å benytte selektive etsingsteknikker. Som vanlig kjent på fagområdet, velges temperatur, tid og etsingsmiddel valgt for å etterlate et aktivt lag 48 på mindre enn 1 mikrometer, eller tilnærmet 0,6 til 0,9 mikrometer i tykkelse, hvilket passer for de nåværende kravene til materialekvalitet.

Ved å benytte en tynnfilmteknikk vanlig kjent på fagfeltet, tilføres deretter en kromelektrode 62 til omkretsen av den gjenværende strukturen, som best vist i figur 4. Kromelektroden 62 tilveiebringer en elektrisk kontakt mellom fotokatoden 20 og de andre komponentene i det bildeforsterkende røret 10.

Før fotokatoden 20 kan benyttes i et bildeforsterkende rør 10, må det aktive laget 48 gjøres mer følsomt, og deretter aktiveres. For å gjøre det aktive laget 48 mer følsomt, må enhver urenhet som gass, fuktighet og oksider som kan ha festet seg til overflaten desorberes bort. Overflaten blir selektivt etset, og deretter plassert i et vacuumkammer. Varme tilføres over fotokatodestrukturen for å rense overflaten til det aktive laget 48.

For å aktivere det aktive laget 48, dampes cesium damp og oksygen på overflaten. I løpet av fordampningsprosessen, tilveiebringes en inngangslyskilde inn i frontplaten 58, og utgangsstrømmen måles fra elektroden 62. Som vanlig kjent på fagfeltet, blir cesium og oksygen fordampet på overflaten inntil en maksimal følsomhet detekteres. Så snart denne maksimale følsomheten er oppnådd, stoppes prosessen, og fotokatoden 20 kan forsegles inne i det bildeforsterkede røret 10.

Ut fra den ovenstående beskrivelsen av en foretrukket utførelsesform av en transmisjonsmodus InGaAs fotokatode til bruk i et nattsyns-system, skulle det nå være klart for fagfolk på området at de foran nevnte formål og fordeler for det beskrevne systemet er oppnådd. Det skulle også være klart for fagfolk på området at forskjellige modifikasjoner, tilpasninger og alternative utførelsesformer kan gjøres innenfor den foreliggende oppfinnelsens ide. For eksempel kan det velges alternative materialer for substrat og bufferlagene. Dimensjonene valgt for lagenes tykkelser kunne vært endret. Alternative teknikker for å fjerne substratet, buffer og stopplagene kunne vært anvendt. I samsvar med dette, defineres oppfinnelsen av de følgende krav.

Claims (37)

1. En fotokatode til bruk i et bildeforsterkende rør, karakterisert ved at den omfatter: et aktivt lag laget av indium-gallium-arsenid (InGaAs); et vinduslag laget av aluminium-indium-arsenid (AlInAs) epitaksialt bundet til nevnte aktive lag; et belegg tilført nevnte vinduslag; en glassfrontplate festet til nevnte belegg ved hjelp av varme; og en kromelektrode bundet til kantene på nevnte frontplate, nevnte vinduslag og nevnte aktive lag, hvilken kromelektrode tilveiebringer en kontakt for elektrisk forbindelse mellom nevnte fotokatode og nevnte bildeforsterkende rør; hvorved et bilde dannet av lys som skinner inn i nevnte frontplate resulterer i et tilsvarende elektronmønster utsendt fra nevnte aktive lag.

2. Fotokatode ifølge krav 1, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte aktive lag er definert av en atomær brøkdel x mindre enn 0,2 i blandingen Inx Ga1 _xAs

3. Fotokatode ifølge krav 2, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte vinduslag er definert ved en atomær brøkdel y på 0,2 i blandingen Al, In As. c ^ 1-y y

4. Fotokatode ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte belegg videre består av et antireflektivt lag av silisiumnitrat, og et beskyttende lag av silisiumdioksid.

5. Fotokatode ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte aktive lag er dopet med en P-type urenhet til et nivå på tilnærmet 10 <19> atomer pr. kubikkcentimeter.

6. Fotokatode ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte vinduslag er dopet med en P-type urenhet til et nivå på tilnærmet 10 <18> atomer pr. kubikkcentimeter.

7. Fotokatode ifølge krav 6, karakterisert ved at cut-off bølgelengden for optisk transmisjon for nevnte vinduslag er 600 nanometer.

8. Fotokatode ifølge krav 6, karakterisert ved at cut-off bølgelengden for fotokatodens spektralrespons er 1060 nanometer.

9. En fotokatode til bruk i et bildeforsterkende rør, karakterisert ved at den omfatter: et aktivt lag laget av indium-gallium-arsenid (InGaAs); et vinduslag epitaksialt sammenføyd med nevnte aktive lag; et antireflektivt og beskyttende belegg tilført nevnte vinduslag; en frontplate av glass festet til nevnte belegg ved hjelp av varme; og en elektrode bundet til kantene av nevnte frontplate, nevnte vinduslag og nevnte aktive lag, hvilken elektrode tilveiebringer en kontakt for elektrisk forbindelse mellom nevnte fotokatode og nevnte bildeforsterkende rør; hvorved et bilde av lys som skinner på nevnte frontplate resulterer i et tilhørende elektronmønster utsendt fra nevnte aktive lag.

10. Fotokatode ifølge 9, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte aktive lag defineres av en atomær brøkdel x i blandingen In Ga, As. ^ x 1-x

11. Fotokatode ifølge krav 10, karakterisert ved at vinduslaget lages av aluminium-indium-arsenid (AlInAs) og at konsentrasjonen av indium i nevnte vinduslag er definert ved en atomisk brøkdel y i blandingen Al^^ ln^ As.

12. Fotokatode ifølge krav 11, karakterisert ved at nevnte atomiske brøkdel x er mindre enn 0,2 og nevnte atomiske brøkdel y er lik 0,2.

13. Fotokatode ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte belegg videre omfatter et første lag av silisuimnitrat, og et andre lag av silisiumdioksid.

14. Fotokatode ifølge krav 13, karakterisert ved at nevnte aktive lag er dopet med en P-urenhet til et nivå på o tilnærmet 10 19 atomer pr. kubikkcentimeter.

15. Fotokatode ifølge krav 14, karakterisert ved at nevnte vinduslag er dopet med en P-type urenhet til et nivå på o tilnærmet 10 <18> atomer pr. kubikkcentimeter.

16. Fotokatode ifølge krav 16, karakterisert ved at nevnte aktive lag er laget med en tykkelse på mindre enn 1 mikrometer.

17. Fotokatode ifølge krav 16, karakterisert ved at nevnte vinduslag er laget med en tykkelse på 1 mikrometer.

18. Fremgangsmåte for å fremstille en fotokatode til bruk i et bildeforsterkende rør, karakterisert ved at den omfatter stegene: å tilveiebringe et basis substratlag av GaAs; epitaxialt å dyrke et bufferlag på nevnte substratlag; epitaksialt å dyrke et stopplag av AlInAs på nevnte bufferlag; epitaksialt å dyrke et aktivt lag av InGaAs på nevnte stopplag; epitaksialt å dyrke et vinduslag av AlInAs på nevnte aktive lag; epitaksialt å dyrke et topplag av InGaAs på nevnte vinduslag; fjerne nevnte topplag for å eksponere nevnte vinduslag ved bruk av et selektivt etsingsmiddel; å tilføre et ikke-reflektivt og beskyttende belegg på nevnte eksponerte vinduslag; å feste en glassfrontplate til nevnte belegg ved hjelp av varme; å fjerne nevnte substratlag ved å benytte et selektivt etsingsmiddel; å fjerne nevnte stopplag ved å benytte en selektiv etsingsteknikk, og å feste en kromelektrode til kantene på nevnte aktive lag, nevnte vinduslag, nevnte belegg og nevnte glassfrontplate ved å benytte en tynnfilm bindingsteknikk.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte aktive lag er definert av en atomær brøkdel x i blandingen inxGa^ As og konsentrasjonen av indium i nevnte vinduslag er definert av en atomisk brøkdel y i blandingen A1i- yInyAs'

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at nevnte atomære brøkdel x er mindre enn 0,2 og nevnte atomære brøkdel y er lik 0,2.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at nevnte steg med epitoksialt å dyrke et bufferlag videre omfatter stegene å epitaksialt dyrke alternerende lag med GaAs og InGaAs, i en blandingskonsentrasjon ekvivalent med den til blandingen i det aktive laget.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at hver av de nevnte alternerende lagene av GaAs og InGaAs er mellom1 00 og 150 ongstrøm tykke.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at de nevnte stegene å epitaksialt å dyrke alternerende lag gjentas minst ti ganger, og at den totale tykkelsen av det nevnte bufferlaget er mindre enn 0,3 mikrometer.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at nevnte steg å epitaksialt dyrke et bufferlag videre omfatter det å eksitaksialt dyrke at lag med In^ Ga^^ As, og nevnte atomære konsentrasjon x økes gradvis fra null til minst den atomære konsentrasjonen valgt for det nevnte aktive laget.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved at den totale tykkelsen av det nevnte bufferlaget er mellom4 og 5 mikrometer.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at det videre omfatter stegene å gjøre nevnte aktive lag følsomt ved å benytte et selektivt etsingsmiddel fulgt ved oppvarming i et vakuum-kammer.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26, karakterisert ved at den ytterligere omfatter steget å aktivere nevnte aktive lag ved å fordampe cesiumdamp og oksygen på overflaten til nevnte aktive lag.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27, karakterisert ved at nevnte steg å tilføre et antireflekterende og beskyttende belegg videre omfatter å tilføre et lag silisiumnitrat på nevnte eksponerte vinduslag, og tilføre et lag silisiumdioksid på nevnte silisiumnitratlag.

29. Et bildeforsterkende rør til bruk i et nattsyns-system, karakterisert ved at det består av: en fotokatode med et aktivt lag av indium-gallium-arsenid (InGaAs) for å frembringe et elektronmønster som svarer til et betraktet bilde; en mikrokanalplate plassert nær nevnte fotokatode for å øke energien til de nevnte elektronene emittert fra nevnte fotokatode; en fosforskjerm for å vise bildet dannet av de nevnte emitterte elektronene, og en optisk inverter for å invertere bildet frembrakt av nevnte fosforskjerm.

30. Bildeforsterkende rør ifølge krav 29, karakterisert ved at nevnte fotokatode videre omfatter: et vinduslag dannet av aluminium-indium-arsenid (AlInAs) epitoksialt dyrket på nevnte aktive lag; et belegg tilført nevnte vinduslag; en glassfrontplate festet toø nevnte belegg ved hjelp av varme, og en kromelektrode bundet til kantene av nevnte frontplate, nevnte vinduslag og nevnte aktive lag, hvilken kromelektrode tilveiebringer kontakt for elektrisk forbindelse mellom nevnte fotokatode og nevnte bildeforsterkende rør; hvorved et optisk bilde på nevnte frontplate resulterer i et tilhørende elektronmønster emittert fra nevnte aktive lag.

31. Fotokatode ifølge krav 39, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte aktive lag er definert av en atomær brøkdel x på mindre enn 0,2 i blandingen In^Ga^^As.

32. Fotokatode ifølge krav 31, karakterisert ved at konsentrasjonen av indium i nevnte vinduslag defineres ved en atomær brøkdel y på

0,2 i blandingen Al, In As.

0,2 i y 1-y y

33. Fotokatode ifølge krav 32, karakterisert ved at nevnte belegg videre omfatter et antireflektivt lag av silisiumnitrat, og et beskyttende lag av silisiumdioksid.

34. Fotokatode ifølge krav 33, karakterisert ved at nevnte aktive lag er dopet med en P-type urenhet til et nivå på tilnærmet 10 <19> atomer pr. kubikkcentimeter.

35. Fotokatode ifølge krav 34, karakterisert ved at nevnte vinduslag er dopet med en P-type urenhet til et nivå på tilnærmet 10 <18> atomer pr. kubikkcentimeter.

36. Fotokatode ifølge krav 35, karakterisert ved at det nevnte vindus-lagets cut-off bølgelengde for optisk transmisjon er 600 nanometer.

37. Fotokatode ifølge krav 36, karakterisert ved at cut-off bølgelengden for fotokatodens spektralrespons er 1060 nanometer.