DE1439543C

DE1439543C - Solid-state image converter

Info

Publication number: DE1439543C
Authority: DE
Inventors: Joseph London Franks
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Publication date: 1972-02-03

Description

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Es ist bekannt, daß Festkörperbildwandler aus Schicht 5 aus p-leitendem Galliumphosphid, und hochohmigem Galliumarsenid als photoleitendem zwar in dieser Reihenfolge. Die Schicht 1 aus n-lei-Material und aus Galliumphosphid als elektro- tendem Galliumarsenid wirkt als Elektrode und ist lumineszierendem Material bestehen können (vgl. die für Infrarotstrahlung durchlässig. Die Schicht 2 aus deutsche Patentschrift 1 107 846; »Advances in 5 halbisolierendem Galliumarsenid bildet einen trig-Electronics and Electron Physics, Vol. XVI, Photo- gemden Photoleiter, und die p-leitende Schicht 3 aus Electronic Image Devices«, 1962, S. 607 bis 612; Galliumarsenid bildet eine Elektrode mit Löcher- »Proceedings of the IEEE«, März 1963, S. 470 bis injektion. Die Übergangszone zwischen der Schicht 4 472; »Philips Research Reports«, 1960, S. 290 bis aus n-Ieitendem Galliumphosphid und der Schicht 5 304, und »Philips Technische Rundschau«, 1960/61, io aus p-leitendem Galliumphosphid bildet einen licht-Nr. 11, S. 401 und 402). Bei üblichem photoleiten- aussendenden pn-übergang, und die p-leitende dem Material ist jedoch die Stromstärke des aus- Schicht 5 wirkt gleichzeitig als Elektro'de, die für das gelösten Stromes direkt proportional der Intensität vom pn-übergang ausgesendete Licht durchlässig ist. der einfallenden Strahlung, wobei die Lebensdauer Die Schichten 1 und 5, welche als transparenteIt is known that solid-state image converter from layer 5 of p-type gallium phosphide, and high-resistance gallium arsenide as the photoconductive one in that order. Layer 1 made of n-lei material and from gallium phosphide as the electrolytic gallium arsenide acts as an electrode and is Can consist of luminescent material (see. The transparent for infrared radiation. The layer 2 from German Patent 1 107 846; »Advances in 5 semi-insulating gallium arsenide form a trig electronics and Electron Physics, Vol. XVI, Photo gemden photoconductor, and the p-conductive layer 3 from Electronic Image Devices ", 1962, pp. 607-612; Gallium arsenide forms an electrode with holes "Proceedings of the IEEE", March 1963, p. 470 bis injection. The transition zone between layer 4 472; "Philips Research Reports", 1960, p. 290 bis of n-conducting gallium phosphide and layer 5 304, and "Philips Technische Rundschau", 1960/61, io from p-conducting gallium phosphide forms a light no. 11, pp. 401 and 402). With the usual photoconductive-emitting pn-junction, and the p-conductive The material, however, is the current strength of the layer 5 also acts as an electrode that is responsible for the The dissolved current is directly proportional to the intensity of the light emitted by the pn junction. of the incident radiation, with the lifetime The layers 1 and 5, which are considered transparent

und die Beweglichkeit der Ladungsträger gering sind. 15 Elektroden wirken, sind an die Wechselspannungs-Ein Festkörperbildwandler dieser Art ist daher noch quelle 6 angeschlossen,
nicht optimal ausgebildet Wenn die mehrschichtige Platte der Infrarot-and the mobility of the charge carriers is low. 15 electrodes act, are connected to the alternating voltage A solid-state image converter of this type is therefore still connected to source 6,
not optimally formed If the multilayer plate of the infrared

Die Erfindung betrifft einen Festkörperbildwandler, strahlung 7 ausgesetzt wird, bewirkt die Strahlung bei dem an eine strahlungsempfindliche, photo- eine Änderung der Leitfähigkeit im Photoleiter, woleitende Schichtenfolge aus Galliumarsenid platten- 20 bei die Hauptmenge der freien Ladungsträger, welche förmig angrenzend eine elektrolumineszente Schich- von der Stromquelle 6 geliefert werden, die Ändetenfolge aus Galliumphosphid angeordnet ist und die rung bewirkt und nicht die Photoanregung. Diese äußeren Schichten der Platten lichtdurchlässig und Eigenschaft wird bei einem Material mit großem als Elektrodenschichten zum Anlegen eines elek- Bandabstand beobachtet, wie z. B. bei Galliumtrischen Potentials ausgebildet sind. 25 arsenid, wenn seine Leitungseigenschaften durch einThe invention relates to a solid-state image converter, radiation 7 is exposed, causes the radiation in which a radiation-sensitive, photo- a change in conductivity in the photoconductor, well-conductive Layer sequence of gallium arsenide plates - 20 with the main amount of free charge carriers, which shaped adjoining an electroluminescent layer can be supplied by the power source 6, the sequence of changes is arranged from gallium phosphide and causes the tion and not the photoexcitation. This outer layers of the panels are translucent and property will be in a material with great observed as electrode layers for applying an elec- band gap, such as. B. in Galliumtrischen Potential are formed. 25 arsenide if its conduction properties by a

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den be- Niveau in der Nähe der Mitte der Breite des Bandkannten Festkörperbildwandler so auszubilden, daß abstandes bestimmt sind. Wenn das Verhältnis von er den an ihn zu stellenden Anforderungen genügt. Traps zum Einfangquerschnitt für Löcher und Elek-Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß tronen so ist, daß für eine Injektion bei niedrigem die Galliumarsenid-Schichtenfolge aus einer n-leiten- 30 Niveau die Lebensdauer der Ladungsträger sehr den, einer halbisolierenden und einer p-leitenden unterschiedlich ist, existiert in der Strom-Spannungs-Schicht besteht, daß die Galliumphosphid-Schichten- Kennlinie ein negatives Gebiet bei einer höheren folge aus einer n-Ieitenden und einer p-leitenden Injektionsrate, und das Material schaltet in einen Schicht besteht und daß die p-leitende Gallium- Zustand hoher Leitfähigkeit um. Im Falle von GaI-arsenidschicht und die η-leitende Galliumphosphid- 35 liumarsenid wird dieses Verhalten durch die Konzenschicht aneinandergrenzen. tration der Löcher bestimmt, welche entweder durchThe object of the invention is to provide the loading level near the middle of the width of the tape edge Solid-state image converter so that the distance are determined. When the ratio of he meets the requirements to be placed on him. Traps for the capture cross-section for holes and elec-dies is achieved according to the invention that tronen is so that for an injection at low the gallium arsenide layer sequence from an n-conductor level greatly increases the service life of the charge carriers den, a semi-insulating and a p-conducting is different, exists in the current-voltage layer is that the gallium phosphide layer characteristic has a negative area at a higher one result from an n-type and a p-type injection rate, and the material switches into one Layer exists and that the p-type gallium state of high conductivity around. In the case of GaI arsenide layer and the η-conductive gallium phosphide 35 lium arsenide will this behavior through the concentration layer adjoin each other. tration of the holes determines which through either

Wenn an die photoleitende Schichtenfolge des be- die Elektrode injiziert oder durch Photoanregung schriebenen Festkörperbildwandlers eine Gleich- erzeugt werden. Wenn daher ein Strom von beispielsspannung gelegt wird, so fließt nur ein geringer weise 50 μΑ im halbisolierenden Galliumarsenid Strom. Bei Anregung durch Bestrahlung oder durch 40 durch Photoanregung oder durch eine Kombination eine Kombination von Photoanregung und Injektion von Photoanregung und Injektion zum Fließen gewird jedoch ein unstabiler Zustand erreicht, und. das bracht wird, wird ein unstabiler Zustand erreicht, Material wird in einen neuen Zustand umgeschaltet, und das Material wird in einen neuen Zustand umbei dem ein größerer Strom bei der gleichen Span- geschaltet, bei dem beispielsweise 5 niA bei der gleinung fließt. Wenn auf eine große Platte aus solchem 45 chen Spannung fließen. Ein Photoleiter dieser Art Material ein Lichtpunkt fokussiert wird, um den zusammen mit einem elektrolumineszenten Leuchtunstabilen Zustand zu erzeugen, so wird die elektro- stoff für niedrige Spannung, wie z. B. Galliumlumineszente Schichtenfolge in der unmittelbaren phosphid, ergibt ein Mittel zur Bildverstärkung bei Umgebung des beleuchteten Punktes durch den Wellenlängen im Bereich von 1 μΐη.
höheren Strom umgeschaltet und sendet Licht aus. 50 Bei der Kombination von Galliumarsenid undWhen a solid-state image converter is injected into the photoconductive layer sequence of the electrode or when a solid-state image converter is written by photoexcitation. Therefore, if a current of example voltage is applied, only a small amount of 50 μΑ flows in the semi-insulating gallium arsenide current. However, when stimulated by irradiation or by photoexcitation or a combination of a combination of photoexcitation and injection of photoexcitation and injection for flow, an unstable state is reached, and. that is brought, an unstable state is reached, material is switched to a new state, and the material is switched to a new state in which a larger current flows at the same voltage, at which, for example, 5 niA flows at the leveling. When such tension flows onto a large plate. A photoconductor of this type of material focuses a point of light in order to generate the unstable state together with an electroluminescent light. B. Gallium luminescent layer sequence in the immediate phosphide, results in a means for image intensification in the vicinity of the illuminated point by the wavelengths in the range of 1 μΐη.
switched to higher current and emits light. 50 When combining gallium arsenide and

Bei der Verwendung einer Gleichspannung kann Galliumphosphid ist der Dunkelstrom infolge der der beschriebene Festkörperbildwandler für die nichtlinearen Kennlinie von Galliumphosphid nicht Verstärkung oder Speicherung von ruhenden Bildern sehr kritisch.When using a DC voltage, gallium phosphide is the result of the dark current the solid-state image converter described for the non-linear characteristic of gallium phosphide does not Reinforcement or storage of still images is very critical.

verwendet werden. Wenn jedoch eine Wechselspan- Die Wechselstromquelle für die Vorspannung hatbe used. However, if there is an AC voltage source, the AC power source for the bias

nung verwendet wird, kann eine Serie von mit der 55 eine Spannung in der Größenordnung von 50 V, und Frequenz der Wechselspannung aufeinanderfolgen- die Frequenz wird durch die an den Festkörperbildden Bildern erhalten werden. Wenn z. B. die Fre- wandler gestellten Anforderungen bestimmt. Wenn quenz mehr als 25 Hz beträgt, kann ein flimmer- beispielsweise, wie oben erwähnt, eine flimmerfreie freies, bewegtes Bild erhalten werden. Bildumwandlung erforderlich ist, sollte die Frequenzvoltage is used, a series of with the 55 can have a voltage on the order of 50 V, and Frequency of the alternating voltage successive- the frequency is determined by that of the solid-state images Images are obtained. If z. B. determines the requirements placed on the frewandler. When frequency is more than 25 Hz, a flicker - for example, as mentioned above, a flicker-free free moving image can be obtained. Image conversion is required, the frequency should be

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung 60 mehr als 25 Hz betragen. Wenn der Wechselstrom soll an Hand der Figur näher erläutert werden, in der Vorspannungsquelle beispielsweise die Form der ein Schnitt durch einen Teil eines mehrschichti- einer Sinuswelle hat, wird die Änderung der Heiliggen Bildwandlers dargestellt ist. keit des Gegenstandes im Bild wiedergegeben, da dieA preferred embodiment of the invention can be 60 greater than 25 Hz. When the alternating current is to be explained in more detail with reference to the figure, for example the shape in the bias voltage source which has a section through part of a multilayered sine wave, becomes the change of saints Imager is shown. ability of the object in the picture, since the

Die mehrschichtige - Platte besteht aus einer Umschaltung bei helleren Lichtquellen früher erfolgt. Schicht 1 aus η-leitendem Galliumarsenid, einer 65 Die praktische Ausführung eines Bildwandlers entSchicht 2 aus halbisolierendem Galliumarsenid, einer hält eine mehrschichtige Platte aus den oben beSchicht 3 aus p-leitendem Galliumarsenid, einer schriebenen Werkstoffen, die an einem Ende eines Schicht 4 aus η-leitendem Galliumphosphid und einer lichtdichten Gehäuses angeordnet wird, während dasThe multilayer - plate consists of a switch made earlier when brighter light sources are used. Layer 1 made of η-conductive gallium arsenide, a layer 65 The practical implementation of an image converter 2 made of semi-insulating gallium arsenide, one holding a multi-layer plate made of the top layer 3 made of p-type gallium arsenide, a written material that at one end of a Layer 4 of η-conductive gallium phosphide and a light-tight housing is arranged, while the

andere Ende des Gehäuses eine Linse enthält. Die Anordnung entspricht der Mattscheibe einer Plattenkamera, mit dem Unterschied, daß die mehrschichtige Platte des Bildwandlers das darauf geworfene Bild von einem unsichtbaren Infrarotbild in ein Bild aus sichtbarem Licht umwandelt. Die Wechselstromquelle kann getrennt in einer Tragtasche angeordnet sein, die von dem Bedienungsmann getragen wird.other end of the housing contains a lens. The arrangement corresponds to the ground glass of a plate camera, with the difference that the multilayer plate of the image converter shows the image projected on it from an invisible infrared image to an image of visible light. The AC power source may be placed separately in a tote bag carried by the operator.

Die Schichten aus Galliumarsenid und Galliumphosphid können nach dem Epitaxieverfahren niedergeschlagen sein, und die Schichten können von einer durchsichtigen Unterlage getragen werden, welche gegebenenfalls einen Teil einer der obengenannten Schichten bilden kann.The layers of gallium arsenide and gallium phosphide can be deposited using the epitaxial process and the layers can be supported by a clear backing, which may optionally form part of one of the above-mentioned layers.

Claims

Patent claims:

1. Solid-state image converter, in which a radiation-sensitive, photoconductive layer sequence made of gallium arsenide, an electroluminescent layer sequence adjoining it in the form of a plate made of gallium phosphide and the outer layers of the plates are translucent and are formed as electrode layers for applying an electrical potential, thereby characterized in that the gallium arsenide layer sequence consists of an n-conducting, a semi-insulating and a p-conductive layer that the gallium phosphide layer sequence consists of an η-conductive and a p-conductive layer and that the p-conductive Gallium arsenide layer and the η-conductive GaI-lium phosphide layer adjoin each other.

2. Solid-state image converter according to claim 1, characterized in that the multilayer Plate forms the one-sided closure of a light-tight housing, the photoconductive layer sequence the interior of the housing and one at the other end of the housing Facing the lens.

3. Solid-state image converter according to claim 1 or 2, characterized in that the photoconductive Layer sequence and the electroluminescent layer sequence made of epitaxial layers exist.

4. Solid-state image converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical potential at the electrode layers is an alternating potential.

5. Solid-state image converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that on DC voltage is applied to the electrode layers.

1 sheet of drawings