DE2058640A1

DE2058640A1 - Signalfenster fuer Elektronenroehren

Info

Publication number: DE2058640A1
Application number: DE19702058640
Authority: DE
Inventors: Knippenberg Wilhelm Franciscus; Gerrit Verspui
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-12-19
Filing date: 1970-11-28
Publication date: 1971-06-24
Also published as: NL6919053A; GB1277568A; US3721848A; FR2073859A5

Description

I- 4439 PHN. 4439.

27.Nov.1970

dJo / ¥JM.

Signalfenster für Elektronenröhren.

Die Erfindung betrifft ein Signalfenster für Elektr onenröhüen-, insbesondere Elektronenstrahlröhren. Es sind dabei an erster Stelle Bildaufnahmeröhren des Vidikon-Typs und Oszillographenröhren gemeint; das Signalfenster lässt im ersteren Falle das eintreffende Licht" und im zweiten Falle das austretende Licht durch.

Die Fenster solcher Röhren bestehen aus einer für Licht durchlässige Unterlage, auf der eine zur Bildaufzeichnung dienende Schicht eines strahlungsempfindlichen Stoffes angebracht? ist. Die für Licht durchlässige Unterlage ist mindestens auf der Oberfläche des strahlungsempfindlichen Stoffes elektrisch leitend, so dass sie zur Abfuhr elektrischer Ladung und als Elektrode benutzt werden kann«

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Unter "strahlungsempfindlichem Stoff" soll hier ein Stoff verstanden werden, der unter der Wirkung elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung reversible Änderungen der elektrischen Eigenschaften wie die Leitfähigkeit oder die Dielektrizitätskonstante oder der Lichtausstrahlung aufweist. Der Ausdruck umfasst daher sowohl photo-leitende sowie leuchtende Stoffe.

Für Licht durchlässige, elektrisch leitende Oberflächen können bekanntlich durch Aufdampfung von Metall insbesondere Edelmetall auf eine Unterlage erhalten werden. Ein Nachteil ist jedoch, dass dünne Metallschichten nicht über das ganze Spektrum eine gleichmässige Lichtübertragung aufweisen. Es sind z.B. dünne Goldschichten blau bis grün gefärbt .

Erheblich besser in dieser Hinsicht sind die bekannten, farblosen, elektrisch leitenden Schichten von Zinnoxyd und Indiumoxyd. Für die vorliegenden Zwecke haben diese Oxydschichten auch eine ausreichende chemische Widerstandsfähigkeit. Es hat sich jedoch ergeben, dass in Berührung mit den Metallverbindungen, aus denen strahlungsempfindliche Schichten häufig bestehen, z.B. photoleitende Verbindungen wie Bleioxyd und Antimontrisulfid und lumineszierende Verbindungen wie Willemit, die chemische Trägheit der leitenden Schichten z.B. von Zinnoxyd und Indiumoxyd zu wünschen überlässt-r

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Signalfenster für eine Elektronenröhre zu schaffen, das·!diesen Nachteil

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nicht aufweist.

Nach, der Erfindung wird die Lösung der Aufgabe mittels Siliciumcarbiden erreicht, die bereits im Zusammenhang mit der besonderen chemischen Trägheit für verschiedene Verwendungen in der Technik sich als nützlich erwiesen haben. Bekanntlich kann Siliciumcarbid durch Aufnahme von Donatoren und/oder Akzeptoren unter Aufrechterhaltung der Lichtdurchlässigkeit die erforderliche elektrische Leitfähigkeit erlangen.

Die Erfindung betrifft ein Signalfenster für eine Elektronenröhre, insbesondere eine Bildaufnahmeröhre des Vidikon-Typs, welches Fenster aus einer für Licht durchlässigen Unterlage besteht, die auf einer Seite mit einer zur Bildaufzeichnung dienenden Schicht eines für Strahlung empfindlichen Stoffes überzogen und die mindestens auf der Oberfläche mit der strahlungsempfindlichen Schicht elektrisch leitend und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Unterlage mindestens auf der erwähnten Seite aus konpaktem Siliciumcarbid mit einem Gehalt an Donatoren und/oder Akzeptoren besteht.

Die Signalfenster nach der Erfindung können eine Unterlage aufweisen, die vollständig· aus kompaktem Siliciumcarbid besteht und mindestens auf einer Oberfläche elektrisch leitend ist.

Körper aus kompaktem Siliciumcarbid sind bekanntlich durch Sublimation, durch Gasphasenreaktionen wie Pyrolyse eines Methylchiorsilans in Anwesenheit von Wasserstoff und durch Umwandlung von Graphit-, Silicium- oder Quarz-

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körpern vollständig oder oberflächlich durch Reaktion mit Silicium bzw. Kohlenstoff oder Verbindungen desselben in Siliciumcarbid zu erhalten. '

Es werden Unterlagen aus Quarz mit einer kompakten Schicht aus Siliciumcarbid bevorzugt, da Quarzkörper der erforderlichen Abmessungen zur Verfugung stehen und sich bequem oberflächlich in Siliciumcarbid umwandeln lassen.

Die elektrische Leitfähigkeit mindestens der Oberfläche des Siliciumcarbids kann wie geasgt durch Einbau von Donatoren und/oder Akzeptoren erzielt werden. Vorzugsweise werden zu diesem Zweck Zusatzstoffe gewählt, die höchstens eine geringe Verfärbung des Siliciumcarbids hervorrufen, so dass der Lichtdurchgang über das ganze Spektrum möglichst ungehindert stattfinden kann. Der Einbau der Zusatzstoffe kann während der Formung oder der Ablagerung des Siliciumcarbids in der Gasphase oder auch durch Diffusion erfolgen.

Die Fenster nach der Erfindung lassen sich für

den Zusammenbau der Elektronenröhren mittels Ubergangsgläser ■ an weiteren Teilen festschmelzen. Bei Fenstersubstraten, die vollständig aus Siliciumcarbid bestehen, können zu diesem j

Zweck Borosilicatgläser benutzt werden. Zum Festschmelzen V

von Substraten aus einem Quarzkörper, der oberflächlich in ;

Siliciumcarbid umgewandelt ist, kommen die üblichen, zum Festschmelzen von Quarz an Glas zur Verfügung stehenden Zwi- )

j schengläser in Betracht. I

Das elektrisch leitende Siliciumcarbid der Fenster ,

j kann durch Aufschmelzen von Metallen wie Legierungen von Gold \

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i ■

■;! und Tafttal, von Nickel und Molybdän und von Platin und Zinn örtlich mit elektrischen Kontakten versehen werden.

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel nachstehend an Hand beiliegender Zeichnung näher erläutert. Die Figur des Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch einen Längsschnitt eine Bildaufnahmeröhre des Vidikon-Typs die mit einem Signalfenster nach der Erfindung versehen ist.

I Die dargestellte Bildaufnahmeröhre hat einen ent- ^

Λ -

' lüfteten, langgestreckten, zylindrischen Kolben 1 aus Glas, ; der an einem Ende durch das Substrat 2 eines Signalfensters ( und am anderen Ende durch den Glasfuss 3 abgeschlossen ist.

i In diesem Glasfuss 3» von dem ein zentraler Teil durch ein \ zugeschmolzenes Entlüftungsrohrchen 4 gebildet wird, sind

■■{ metallene Durchführungsstifte 5 angebracht, die in dem Kolben

V mit verschiedenen Teilen des Elektrodensystems 6 elektrisch

■,*" verbunden sind.

' Das Elektrodensystem 6 enthält eine durch einen M

ο Glühfaden 7 zu erhitzende,,thermische Kathode 8, einen Weh-

■■■> neltzylinder 9 und eine perforierte Anode 10, die elektrisch

I mit einer zylindrischen Elektrode 11 verbunden ist. Die Elek-

^ trode 11 ist auf der Fensterseite mit einer gazeförmigen

.^: Elektrode 12 versehen.

j Das Signalfenster besteht aus einem durchsichtigen

Substrat 2 aus Siliciumcarbid oder Quarz, das auf der der Elektrode 11 zugewandten Seite mit einer durchsichtigen Sig-

^:':> nalelektrode 13 versehen ist, die ausc-iiner komptakten Schicht

; elektrisch leitenden Siliciumcarbids besteht. Der Körper mit

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dem Substrat 2 mit der Elektrode 13 ist, wie vorstehend gesagt, nötigenfalls mittels eines oder mehrerer Zwischenglase in dem zylindrischen Kolben 1 eingeschmolzen. Die Signalelektrode 13 ist mit einem nach aussen geführten Stromleiter 1^ versehen.

Auf der Signalelektrode 13 iet durch Aufdampfung in einer Sauerstoff und Wasserdampf enthaltenden Gasatmos-™ phäre eine etwa 15 bis 20 /um dicke photoleitende Schicht aus Bleimonoxyd (PbO) angebracht.

Die Schicht 15, welche die Auftreffplatte 15 in

der Röhre bildet, kann auf der der Anode 10 zugewandten Oberfläche durch einen von der Kathode 8 abgehenden Elektronenstrahl 16 abgetastet werden. Mittels der üblichen, die Röhre umgebenden Ablenk- und Fokussierungsspulen 17 wird der Elektronenstrahl 16 auf die Auftreffplatte 15 fokussiert und zur Abtastung bewegt.

^t Mittels eines schematisch durch eine einfache Linse

18 dargestellten, optischen Systems wird im Betrieb der Röhre ein in elektrische Signale umzuwandelndes Bild auf die Auftreffplatte 15 projiziert. Die elektrischen Signale werden, wie üblich, beim Abtasten der Auftreffplatte 15 durch den Elektronenstrahl 16, über einem Signalwiderstand 19 im Stromleiter 14 erhalten, über welchen Signalwiderstand die Signalelektrode 13 eine in bezug auf die Kathode 8 positive Vorspannung von 20 bis 6o V erhält.

Nachstehend werden noch einige Beispiele von Substraten für Signalfenster nach der Erfindung und der Herstel-

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lungsweise angegeben.
Beispiel ί.

Reines Siliciumcarbid, das durch Pyrolyse eines Methylehlorsilans erhalten war, wurde in einer Graphitlehre eine Stunde lang in Argon mit weniger als 1 ppm Stickstoff auf 2200° C zu einem zylindrischen Körper mit einem Aussendurchmesser von 70 mm, einem Innendurchmesser von 4θ mm und einer Höhe von 100 mm gesintert. %

Der Zylinder wurde darauf fünf Stunden lang auf 2500° C in einem Graphitziegel in Helium mit weniger als 0,1 ppm Stickstoff erhitzt, wobei dafür gesorgt wurde, dass der Temperaturgradient längs der Ziegelwand sowohl axial als auch radial gering war.

Auf der Innenwand des Zylinders wuchsen grosse, klare, plattenförmige Kristalle reinen Siliciumcarbids.

Kristalle von 10x10x1 mm³ wurden auf einer

Oberfläche durch Diffusion von Aluminium mit einer dünnen, ^

durchsichtigen Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 0hm.cm versehen.

Aus den Kristallen wurden Scheiben gebildet, die durch Aufschmelzen von Goldstreifen mit 5 Ί° Tantal auf der elektrisch leitenden Oberfläche mit Kontakten versehen wurden.

Die- Scheiben wurden in Rohren aus Borosilicatglas eingeschmolzen, wobei die Goldlegierungskontakte durch die Röhrenwand geführt wurden.

' Beispiel II.

In einem Graphitziegel mit einem plattenförmigen

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Deckel mit einem Durchmesser von 70 mm auch aus Graphit wurde reines Siliciumcarbidpulver in einer Argonatmosphäre mit 0,01 io Stickstoff auf 26OO° C erhitzt. Bei einer Temperatur des Deckels von 24OO° C sublimierte darauf eine dichte, hellgrüne Schicht aus Siliciumcarbid, die in fünf Stunden zu einer Dicke von 4 mm anwuchs. Nach dem Abbrennen des Graphits in einer Sauerstoffatmosphäre wurden durch Schleifen und Sägen Scheiben gebildet, die als leitendes Substrat für Signalfenster verwendbar sind. Der spezifische Widerstand der durch eine Stickstoffdotierung leitfähigen Substrate betrug 1 Ohm.cm.

Die Scheiben wurden durch Aufschmelzen von Streifen aus einer Legierung von Nickel mit 10 ^ Molybdän mit Kontakten versehen und in einer Röhre aus Borosilicatglas eingeschmolzen, wobei die Kontakte nach aussen geführt wurden. Beispiel III.

Eine Graphitplatte mit einem Durchmesser von 4o mm wurde auf 1550° C in einem Wasserstoffstrom von 10 Liter/Minute mit 1 Volumenprozent Methylchlorsilan erhitzt. Innerhalb einer Stunde lagerte sich auf der Platte eine Schicht gelbigen, durchsichtigen, reinen Siliciumcarbids mit einer Dicke von 1 mm ab. Infolge des im Gasstrom vorhandenen Stickstoffs, der zum Teil in das Siliciumcarbid aufgenommen wurde, war dieses elektrisch leitfähig. Der spezifische Widerstand war 200 0hm. cm.

Nach dem Wegbrennen der Graphitplatte in einer Sauerstoffatmosphäre bei 1000° C und nach dem Schleifen und

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Polieren wurde eine Scheibe mit einem Durchmesser von kO mm und einer Dicke von 0,7 mm erhalten, die als Fenstersubstrat verwendbar ist und auf die in den Beispielen I und II dargestellte Weise weiter verarbeitet werden kann. Beispiel IV.

Eine Quarzscheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 3 nun wurde auf einer Seite mit einer dünnen Schicht einer Kohlenstoffsuspension bedeckt. ■

Nach dem Trocknen wurde acht Stunden lang auf

1100° C in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt. Infolgedessen wurde das Quarz oberflächlich ein Siliciumcarbid umgewandelt. Darauf wurde noch zwei Stunden lang in Sauerstoff mit 1 Volumenprozent Stckstoff erhitzt. Infolgedessen wurden die zurückgebliebenen Kohlenreste weggebrannt und durch das Vorhandensein des Stickstoffs in der Sauerstoffatmosphäre wurde eine elektrisch leitfähige Oberfläche erhalten.

Auf diesem Fenstersubstrat wurden auf die in den ^ vorhergehenden Beispielen angegebene Weise Kontakte angebracht. Zum Einschmelzen in Glas wurden in diesem Falle die üblichen Zwischengläser verwendet.

. Auf den Fenstersubstraten wurden strahlungsempfindliehe Schichten angebracht. Wenn Signalfenster für Bildauf— nahmeröhren des Vidikon-Typs hergestellt werden sollen, wird eine photoleitende Schicht, insbesondere eine aufgedampfte Bleimonoxydschicht angebracht. Zur Herstellung von Oszillographenröhren werden die üblichen Schichten aus Leuchtstoffen z.B. Willemit angebracht.

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Claims

PHN. 4439· - 10 PATENTANSPRÜCHE .

U J Signalfenster für eine Elektronenröhre, insbesondere für eine Bildaufnahmeröhre des Vidikon-Typs, welches Fenster aus einem für Licht durchlässigen Substrat besteht, das auf einer Seite mit einer zur Bildaufzeichnung dienenden Schicht eines strahlungsempfindlichen Stoffes bedeckt ist und das mindestens auf der Oberfläche mit der strahlungsempfindlichen Schicht elektrisch leitfähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mindestens auf der erwähnten Seite aus kompaktem Siliciumcarbid mit einem Gehalt an Donatoren und/oder Akzeptoren besteht.
2. Signalfenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vollständig aus kompaktem Siliciumcarbid besteht, das auf mindestens einer Oberfläche elektrisch leitfähig ist.
3. Signalfenster nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Quarz besteht, auf dem eine kompakte Schicht aus Siliciumcarbid angebracht ist.
4. Signalfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 3· dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Siliciumcarbid mit einem oder mehreren Metallkontakten versehen ist.
5. Elektronenröhre, insbesondere Bildaufnahmeröhre des Vidikon-Typs mit einem Signalfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

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