DE2808802A1 - Photokathode fuer eine bildaufnahmeroehre und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Photokathode einer Bildaufnahmeröhre sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Genauer betrifft die Erfindung transparente leitende Elektroden zur Verwendung in Bildaufnahmeröhren von beispielsweise Einröhren-5 oder Doppelröhren-Farbkameras, sowie ein Verfahren, mit dein sich die Querschnittsform eines zur Herstellung der transparenten Elektroden geeigneten transparenten leitenden Filmmusters steuern läßt.

Die Signalelektrode der Photoelektrode einer Bildaufnahmeröhre zur Verwendung bei Einröhren- oder Doppelröhren-Farbkameras besteht aus feinen Streifen eines transparenten'leitenden Films. Im folgenden werden der Aufbau und die Herstellung einer typischen herkömmlichen Photokathode einer Bildaufnahmeröhre mit dem besagten streifenförmigen transparenten leitenden Film beschrieben.

In Figur 1 ist der Aufbau einer farbempfindlichen Photokathode nach dem Stand der Technik gezeigt. Diese Photodiode besteht aus zwei Arten von Glassubstraten 1 und 2, an denen dreifarbige Filterstreifen 3 bzw. die Elektrodenstreifen 4 befestigt sind.

Die Filterstreifen sind in wiederholter Folge mit roter, grüner und blauer Transmission angeordnet. Die Elektrodenstreifen 4 bestehen aus drei Gruppen von 216 Streifen entsprechend den roten, grünen und blauen Filterstreifen 3 und sind unter Verwendung einer mehrschichtigen internen Verbindungstechnik an ihren oberen und unteren Enden mit der jeweiligen gemeinsamen Ausgangsklemme für die betreffende Farbe verbunden. In den Zeichnungen sind die an die Ausgangskiemme angeschlossenen Sammelleitungen mit 9 bezeichnet.

Nach dem Polieren der Unterseite des Elektrodensubstrats 9, an dem die Elektroden befestigt sind, wird das Filtersubstrat

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8 gemäß Figur 1 mit Hilfe eines Kunstharzes 5 anzementiert. Sodann wird auf der Elektrodenseite des Substrats ein photoleitfähiges Material 6 aufgetragen. Damit ist die Photokathodenplatte fertig.

Dieser grundsätzliche Aufbau ist von Weimer und seinen Mitarbeitern vor etwa 15 Jahren konkret angegeben worden. Das Verfahren ist offenbart beispielsweise in S. Gray und P.K. Weimer, RCA Review, September 1959, Seiten 413 bis 425; P.K. Weimer, S. Gray und andere, IRE Transactions on Electron Devices, Juli.. 1 960, Seiten 147 bis 153; und Harold Borkan, RCA Review, März i960, Seiten 3 bis 16. Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Aufsatz mit dem Titel "A Novel Tri-color Pick-up Tube for Use in a Single Tube Color TV Camera" auf Seite 74 des "1974 Iedm Technical Digest" veröffentlicht. Das Elektrodensubstrat 7 dieses Typs wird nach einem Verfahren hergestellt, wie es in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 469 76O im einzelnen beschrieben ist.

Wie in Figur 3A gezeigt, wird auf einem Glassubstrat 2 ein SnOp-FiIm 4 gebildet, auf dem ein Photoresistfilm erzeugt wird. Die einem vorgegebenen Muster entsprechenden Teile des PhotoresistfiIms werden in üblicher Weise belichtet und entwickelt und der nicht belichtete Teil des Photoresistfilms wird unter Erzeugung einer Maske 21 entfernt. Die so gebildete, in Figur 3A gezeigte Probe 17 wird sodann auf der Zielelektrode 11 der in Figur 2 gezeigten HF-Sprüheinrichtung 10 angeordnet. Die im Innern dieser Einrichtung vorhandene Luft wird durch eine Evakuierungsöffnung 14 abgesaugt, so daß der Druck innerhalb der Einrichtung etwa unter 5 χ 10" Torr liegt. Durch eine Gaseinlassöffnung 13 wird Argon bei einem Druck von etwa 5 x 10""-³ Torr in die Einrichtung eingeleitet. Zwischen der Zielelektrode 11 und einer geerdeten Elektrode 12 wird aus einer HF-Energiequelle 15, die über einen Kondensator 16 zwischen diese Elektroden 11 und 12 geschaltet ist, ein HF-Feld erzeugt. Auf diese Weise wird das Argon ionisiert, und die Probe 17 wird mit den Ionen beschossen, so daß der SnO₂-FiIm 4 durch die Maske 21 des Photoresistfilms hindurch einer Sputter-

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Ätzung unterzogen wird. Nach Beendigung der Ätzung wird die Maske 21 durch Reiben mit einem in ein gewöhnliches Photoresist-Abstreifmittel eingetauchten Wattebausch entfernt.

Bei der oben beschriebenen Methode werden, wie dies an der in Figur 3B gezeigten Probe 18 zu sehen ist, durch den Ionenbeschuß sowohl der SnO₂-FiIm 4 als auch der Photoresistfilm 21 geätzt.

Die so erzielten SnC^-Filmstreifen 4 sind gemäß der in Figur 3C gezeigten Probe 19 über die Oberfläche der Probe gleichmäßig.

Als Variante der oben beschriebenen Methode ist es auch möglich, mit Filmmustern aus Chrom, Titan oder Molybdän zu arbeiten. Bei all diesen herkömmlichen Strukturen beträgt je doch der Winkel θ zwischen der Substratoberfläche und dem geätzten Teil des transparenten leitenden Musters etwa 60°.

Die Photokathode der Bildaufnahmeröhre wird dadurch erzeugt, daß die transparente Elektrode 4 durch Vakuumverdampfung oder ein ähnliches Verfahren mit einer photoleitfähigen Schicht 6 überzogen wird. Figur 3D zeigt ein Beispiel für einen derartigen Aufbau im Schnitt. Wie aus Figur 3D ersichtlich, haben die Teile der photoleitfähigen Schicht 6 auf dem transparenten leitenden Film 4 eine andere Höhe, gemessen von der Oberfläche des Substrats 2, als der das Substrat 2 direkt bedeckende Teil, was bedeutet, daß die photoleitfähige Schicht uneben ist. Infolgedessen wird elektrischer Strom vorzugsweise an den Kanten dieser Signalelektrode erzeugt, woraus sich beim Betrieb der Röhre eine Zunahme des Dunkelstrom ergibt. Diese Zunahme des Dunkelstroms ist insbesondere bei einem Aufbau gravierend, der mit einem einen Sperrkontakt bildenden photoleitfähigen Film arbeitet. Nach längerer Betriebsdauer der Röhre sind dabei eine unerwünschte Rauhigkeit der Bildfläche als auch das Nachbild-Phänomen beobachtet worden.

Bei einem weiteren Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung der in Figur 4 im Schnitt gezeigten Struktur wird versucht, den bei dem obigen Beispiel auftretenden

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Nachteil der unebenen Ausbreitung der photoleitfähigen Schicht zu vermeiden. Dabei werden die Zwischenräume zwischen den benachbarten Inseln des streifenförmigen transparenten leitenden Films 4 mit isolierenden Filmen 22 aus beispielsv/eise Glas aufgefüllt, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Dabei ist es aber unpraktisch, daß dieses Verfahren im Anschluß an die Herstellung des streifenförmigen transparenten leitenden Films zum Auftragen, Polieren und Glätten des Glases aufwendige zusätzliche Verfahrensschritte erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie beim Stand der Technik vorhanden sind, mindestens teilweise zu beseitigen. Ein spezielleres Problem der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Photokathode für eine Bildaufnahmeröhre zu schaffen, die verbesserte Dunkelstrom-Eigenschaften aufweist, von dem Nachbild-Phänomen frei ist und sich außerdem einfach herstellen läßt.

Die erfindungsgemäße Photokathode einer Bildaufnahmeröhre kennzeichnet sich mindestens dadurch, daß auf einem vorgegebenen Substrat eine streifenförmige transparente leitende Elektrode vorgesehen ist, wobei der Winkel zwischen der Substratoberfläche und der Seitenkante im Querschnitt der leitenden Elektrode 20° oder weniger, vorzugsweise 15° oder weniger, beträgt.

Eine Photokathode einer Bildaufnahmeröhre mit einer derartigen streifenförmigen transparenten Elektrode vermittelt verbesserte Nachbild- und Dunkelstromeigenschaften nach der Bildaufnahme.

Um den Schnittwinkel zwischen der Kante der transparenten Elektrode und der Substratoberfläche zu steuern, vermittelt die Erfindung ferner ein Verfahren zur Erzeugung der Photokathode einer Bildaufnahmerölire, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf einem transparenten leitenden Film mit einem positiven (posi-type) organischen lichtempfindlichen Material ein vorgegebenes Maskenmuster gebildet wird, durch Bestrahlung mit Ultraviolett-Strahlung an den Kanten der Maske Abschrägungen erzeugt werden und der transparente leitende Film durch Sputter-Ätzung behandelt wird.

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Der Stand der Technik und die Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, auf die teilweise schon Bezug genommen wurde, näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Photokathode einer Bildaufnahmeröhre;

Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine bei Durchführung der Erfindung benützte Ätzeinrichtung;

Figur 3 A bis 3D Querschnittsdarstellungen der Photokathode einer Bildaufnahmeröhre zur Veranschaulichung der Schritte bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Photokathode;
Figur 4 einen Querschnitt durch einen herkömmlichen geglätteten streifenförmigen transparenten leitenden Film; Figur 5 einen Querschnitt durch ein Photoresistmuster; Figur 6 einen Querschnitt durch das Photoresistmuster nach

Durchführung einer Wärmebehandlung; Figur 7 einen Querschnitt durch das Photoresistmuster nach Durchführung einer Wärmebehandlung im Anschluß an eine Ultraviolett-Bestrahlung;

Figur 8 ein Diagramm, in dem die experimentell ermittelte Beziehung zwischen der Sputter-Ätzgeschwindigkeit eines transparenten leitenden Films und eines Photoresistrnaterials einerseits und dem Partialdruck des in der inerten Gasatmosphäre enthaltenen Sauerstoffs sowie der Neigungswinkel des transparenten leitenden Films nach der Verarbeitung gezeigt sind; Figur 9A bis 9Έ Schnittdarstellungen einer erfindungsgemäßen Photokathode für eine Bildaufnahmeröhre zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte zur Herstellung

der Photokathode;
Figur 10 die in eine Bildaufnahmeröhre eingebaute Photokathode nach Figur 9E; und

Figur 11 ein Beispiel für eine Dunkelstrom-Kennlinie. Bei der erfindungsgemäßen Photokathode einer Bildaufnahmeröhre ist auf einem vorgegebenen transparenten Substrat eine

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streifenförmige transparente leitende Elektrode ausgebildet, wobei der Schnittwinkel θ zv/ischen der Substratoberfläche und den Seitenkanten der transparenten Elektrode 20° oder weniger beträgt.

Als Material für den photoleitfähigen Film werden vorteilhafterweise Sb₂S,, eine feste Lösung von Se-Te-As, PbO, CdS, CdSe, As₂Se, oder dergleichen verwendet. Dabei werden die feste Lösung aus Se-Te-As, das PbO, CdS, CdSe, As₂Se, und derartige Materialien gewöhnlich zur Bildung eines Sperrkontakts mit der transparenten Elektrode verwendet.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung werden unabhängig von der Art des in der Bildaufnahmeröhre verwendeten photoleitfähigen Films die Dunkelstrom- und Nachbild-Eigenschaften erheblich verbessert.

Die Verbesserung der Dunkelstrom-Eigenschaften der Bildaufnahmeröhre wird insbesondere dann deutlich, wenn der erwähnte Winkel 9 kleiner ist als 15°, und ganz besonders dann, wenn für den photoleitfähigen Film ein einen Sperrkontakt bildendes Material, beispielsweise die Se-Te-As-Lösung, verwendet wird.

Wie oben erwähnt, läßt sich der Vorteil der Erfindung generell erzielen, wenn der Winkel θ 2-0° oder weniger beträgt. Vom praktischen Standpunkt aus ist es jedoch äußerst schwierig und nahezu unmöglich, den Winkel θ kleiner als etwa 1° zu machen.

Als Material für den transparenten leitenden Film können ohne weiteres auch bekannte Materialien wie etwa SnOp> In₂O, und dergleichen verwendet werden.

Die Steuerung der Querschnittsform der transparenten leitenden Elektrode erfolgt im wesentlichen durch die nachstehenden Verfahrensschritte.

Bei dem Verfahren wird auf einem vorgegebenen Substrat ein transparenter leitender Film erzeugt, auf dem transparenten Film aus einem positiven organischen lichtempfindlichen Material ein Maskenmuster gebildet, das Maskenmuster zur Abschrägung der Kanten der Maske erhitzt, und der transparente leitende Film

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mittels einer Sputter-Ätzung in einer inerten Gasatmosphäre bearbeitet.

Es ist bekannt, als Material für die Maske bei der Sputter-Ätzung ein organisches lichtempfindliches Material zu verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht jedoch auf den nachstehenden vorteilhaften Phänomenen, die erstmals von den Erfindern beobachtet worden sind.

Eines dieser vorteilhaften Phänomene besteht darin, daß die Bildung einer kleinen Steigung an den Kanten des Maskenmaterials durch Ultraviolett-Bestrahlung des Maskenmusters aus dem positiven organischen lichtempfindlichen Material nach dessen Ausbildung erheblich erleichtert wird. Insbesondere werden kleine Steigungen an den Kanten des Maskenmusters einfacher als nach herkömmlichen Verfahren gebildet, indem ein positives lichtempfindliches Material (gewöhnlich handelt es sich bei diesem Materialtyp um ein Novolak-Kunstharz) verwendet wird, dieses belichtet und zur Fixierung eines gewünschten Musters entwickelt und anschließend an eine Ultraviolett-Bestrahlung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Das Photoresist-Material, bei dem es sich gewöhnlich aus einem organischen hochmolekularen Material handelt, läßt sich so verformen, daß es eine Querschnittsform ähnlich der einer konvexen Linse erhält. Bei einem positiven Photoresist-Material läßt sich die Verformung noch leicht durchführen, da sich das hochmolekulare Material unter dem Einfluß von Licht zersetzt.

Das Ergebnis des nachstehend beschriebenen Versuchs dürfte diese Tatsache ausreichend belegen. Zunächst wurde auf einem Substrat 2 gemäß Figur 5 ein transparenter leitender Film 4 aufgetragen, auf dem ferner eine Photoresist-Schicht 21 aus einem Material, wie es unter dem Handelsnamen AZ-1350J der Shipray Company im Handel ist, aufgetragen wurde. Die in Figur 5 gezeigte Querschnittsform des Photoresist-Materials wurde durch Belichtung und Entwicklung in üblicher Weise erzielt. Der Winkel θ lag typisch zwischen 70 und 90°. Dadurch, daß die Probe etwa 30 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei 170° C unterworfen wurde, änderte sich die Querschnittsform in die

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in Figur 6 gezeigte Form. Der Winkel θ wurde nun zu etwa 30° gemessen.

Wurde jedoch die Probe nach Figur 5 unter gleicher Bedingung nach Ultraviolett-Bestrahlung wärmebehandelt, so ergab sich die in Figur 7 gezeigte Querschnittsform, bei der der Winkel θ etwa 20° betrug.

Wird ein organisches hochmolekulares Material wärmebehandelt, so wird die Querschnittsform des Materials gewöhnlich abgerundet. Der oben erwähnte Neigungswinkel θ bildet daher die Steigung der Tangente an dem hochmolekularen Material an einer Stelle in der Nähe desjenigen Punktes, an dem das Substrat und das Material aufeinander treffen, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist.

Wie oben beschrieben, läßt sich der Neigungswinkel θ dadurch verkleinern, daß als zusätzlicher Verfahrensschritt eine Ultraviolett-Bestrahlung vorgenommen wird. Dies gestattet es, das Verhältnis der Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung des Maskenmaterials zu derjenigen des transparenten leitenden Films nicht zu groß zu wählen, so daß sich ein stabileres Bearbeitungsverfahren ergibt.

Da ferner das Maskenmaterial gemäß Figur 7 eine größere Spitzenhöhe aufweist, ist es durchaus möglich, die Maske zu belassen, wenn die Bearbeitung beendet ist. Daher wird die Gefahr einer Beschädigung des transparenten leitenden Films geringer, wenn die Bearbeitung mit dieser Maske durchgeführt wird.

Eine Ultraviolett-Bestrahlung, die stärker ist als für übliche Photoresist-Verfahren erforderlich, reicht aus; vorzugsweise wird jedoch die Ultraviolett-Bestrahlung drei mal so stark gemacht wie für eine gewöhnliche Belichtung. Allerdings ist es auch dem nachstehenden Grund nicht erforderlich, die Ultraviolett-Bestrahlung derart stark zu machen.

Das positive organische lichtempfindliche Material wird nämlich aufgrund der Wärmebehandlung und der Ultraviolett-Bestrahlung stärker verformbar. Diese Änderung der Verformbarkeit erreicht eine Sättigung, wenn die Ultraviolett-Bestrahlung

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ein vorgegebenes Maß überschreitet. Gewöhnlich beträgt das Maß der Ultraviolett-Bestrahlung 2x10^ bis 4x10 Ix.s, hängt aber von dem jeweiligen lichtempfindlichen Material ab.

Eine Wärmebehandlung, die eine Verformung des Maskenmaterials bewirkt, reicht aus. In dem meisten Fällen wird die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 150 und 250° C und über eine Zeitspanne zwischen 5 min und 1 h durchgeführt.

Bin zweiter Vorteil besteht darin, daß sich die Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung in geeigneter Weise dadurch steuern läßt, daß die Ätzung in einer Atmosphäre aus einem sauerstoffhaltigen Inertgas durchgeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, auf einem transparenten leitenden Film, der seinerseits auf einem Substrat ausgebildet ist, ein Maskenmuster mit einer geringen Steigung zu bilden.

Wird die Ätzung als Sputter-Ätzung ausgeführt, so wird das Maskenmuster selbst geätzt, so daß die Kanten des transparenten leitenden Filmmusters ebenfalls abgeschrägt werden. Der Neigungswinkel der Kanten des transparenten Filmmusters wird dabei umso geringer, je kleiner der Neigungswinkel des Maskenmusters wird und je größer die Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung des Maskenmusters verglichen mit derjenigen des transparenten leitenden Film wird.

Es ist also möglich, die Querschnittsform des transparenten leitenden Films dadurch zu steuern, daß die Querschnittsform des Maskenmusters und das Verhältnis der Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung des Maskenmaterials zu derjenigen des transparenten leitenden Films gesteuert werden.

Figur 8 zeigt die gemessene Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung eines Photoresist-Materials und eines SnOp-Films in einer sauerstoffhaltigen Argonatmosphäre bei einem Druck von 5 x 10 Torr. An der Abszisse ist dabei der Partialdruck des Sauerstoffs aufgetragen, während die Kurve 81 die Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung des Photoresist-Materials und die Kurve 82 diejenige des SnO₉-FiImS zeigt. Dabei wurde mit einer HF-

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Wechselstromleistung von 0,6 W/cm gearbeitet.

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Wie aus Figur 8 ersichtlich, nimmt die Geschwindigkeit der Sputter-Ätzung des SnO₂-FiImS ab, während diejenige des Photoresist-Films zunimmt, je größer der O^-Partialdruek wird. Diese Kennlinien lassen sich unter gewöhnlichen Sputter-Bedingungen erreichen. Beispielsweise kann der Druck der Gas-

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atmosphäre zwischen 10 ^J und 10 Torr liegen und die Eingangsleistung zwischen 0,2 bis 0,7 W/cm . Wird daher ein Photoresist-Film mit einer Querschnittsform ähnlich derjenigen einer konvexen Linse eingesetzt, so wird der Neigungswinkel an den Kanten des SnO₂-FiImS mit zunehmendem Partialdruck des Sauerstoffs kleiner. Wie aus Figur 8 hervorgeht, ist der Unterschied in den Sputter-Ätzgeschwindigkeiten im Bereich der Sauerstoffdichte zwischen 1 und 10 % besonders markant. Überschreitet die Sauerstoffdichte 10 %, so wird die Ätzgeschwindigkeit des Photoresistmaterials zu hoch_s was nicht empfehlenswert ist. Vorzugsweise beträgt die Sauerstoffdichte 3 % oder weniger. Die Ätzgeschwindigkeit des Photoresistmaterials wird durch kleine Änderungen der Sauerstoffdichte stark beeinflußt, wenn die Sauerstoffdichte zu groß ist, weshalb es im Vergleich mit herkömmlichen Verarbeitungstechniken erforderlich ist, die Sauerstoffdichte genau zu regeln.

Die Kurven 83 und 84 in Figur 8 zeigen Beispiele für die Sputter-Ätzung eines SnO₂-FiImS mit einer Dicke von 3000 A, der mit einer Maske einer Dicke von 1,2 μηι aus einem positiven Photoresistmaterial (und zwar aus dem obigen Material der Shiply - Company mit der Warenbezeichnung Az-i35OJ) überzogen ist. An der Abszisse ist dabei wie oben der Partialdruck des Säuerstoffs in der Sputter-Atmosphäre aufgetragen, während die Ordinate den Neigungswinkel des SnO₂-FiImS angibt. Die Kurve 83 zeigt dabei die Kennlinie für eine Ätzung, die im Anschluß an eine 30 min lange Wärmebehandlung einer streifenförmigen Maske bei 170° C vorgenommen wurde, während die Kurve 84 die Kennlinie einer Ätzung zeigt, die an der gleichen Maske vorgenommen wurde, wobei diese Maske jedoch vor der 30 min langen Wärmebehandlung bei 170° C einer 5 min langen Ultraviolett-Bestrahlung mit 1QO00 Ix unterzogen worden ist.

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Die Bingangsleistung betrug dabei 0,6 W/cm , der Druck der Sputter-Atmosphäre 5 x 10 Torr.

Wie ersichtlich, ist es sehr wirksam, das Photoresist-Material vor der Wärmebehandlung einer Ultraviolett-Bestrahlung zu unterziehen, um den kleineren Neigungswinkel zu erzielen. Gleichzeitig ist festzustellen, daß sich ein Neigungswinkel von weniger als 15° selbst dann realisieren läßt, wenn die Sputter-Atmosphäre keinen Sauerstoff enthält.

Beispiel 1

Zunächst wurde auf einem vorgegebenen Substrat 2 gemäß Figur 9 nach herkömmlichem Verfahren ein SnOp-FiIm 4 mit einer Dicke von 3000 k erzeugt. Auf den SnO₂-FiIm wurde eine positive Photoresist-Schicht (aus dem unter dem Warennamen AZ-I35OJ der Shiply Company handelsüblichen Material) zur Bildung eines Überzugs mit einer Dicke von 1,2 um aufgetragen. Danach wurden Belichtung und Entwicklung in üblicher. Weise durchgeführt, um Photoresist-Streifen mit einer Breite von 14 um und einem Abstand von 6 um zu erzeugen. Figur 9A zeigt einen Querschnitt durch einen Teil mit einem Streifen. Die so gebildete Probe 31 wurde 5 min lang einer Ultraviolett-Strahlung mit einer Stärke ausgesetzt, die größer war, als bei gewöhnlicher Photoresist-Behandlung (10.000 Ix). Die Probe 31 wurde dann 30 min lang einer Wärmebehandlung bei 170° C unterworfen. Die Photoresist-Schicht hatte dann einen Querschnitt mit sanft ansteigenden Kanten, wie dies in Figur 9B gezeigt ist.

Die Probe 32 der Figur 9B wurde sodann an der Zielelektrode 11 der in Figur 2 gezeigten HF-Sputter-Einrichtung 10 befestigt. Durch die Entlüftungsöffnung 14 wurde die im Innern der Einrichtung vorhandene Luft abgesaugt, so daß der Druck unter 5x10"" Torr abgesenkt wurde. Durch die Gaseinlaßöffnung 13 wurde Argongas bei einem Druck von etwa 5 x 10"^ Torr in die Einrichtung eingeleitet. Sodann wurde zwischen den Zielelektroden 11 und 12 ein HF-Feld erzeugt. Dadurch wurde das Argon ionisiert, und die Probe 32 wurde mit den Ionen beschossen, so daß der SnOp-FiIm 4 durch

die Sputter-Wirkung durch die Maske 21 des Photoresist-Films hindurch geätzt wurde.

Nach der Sputter-Ätzung, die 30 min lang mit einer Hochfrequenz-Leistungsdichte von 0,6 W/cm durchgeführt wurde, wurde die Photoresist-Schicht mit Hilfe einer Plasma-Abbrenneinrichtung entfernt. Die in diesem Zustand befindliche Probe 34 ist in Figur 9T) gezeigt. Der Neigungswinkel des SnO2~Streifenmusters wurde dabei mit 10° gemessen.

Anschließend wurde die Probe in herkömmlicher Weise weiterbearbeitet. Die transparenten Elektroden wurden, wie erforderlich, zusammengestellt und nach der üblichen Mehrlagen-Verdrahtungstechnik mit einer gemeinsamen Ausgangsklemme verbunden.

Insbesondere werden beispielsweise auf die oberen und unteren Flächen der transparenten Elektrode Glasschichten mit einer Dicke von etwa 2 μπι nach dem HF-Sputter-Verfahren aufgedampft. Diese isolierenden Schichten werden mit einer gewöhnlichen Photoresist-Technik perforiert, um zwischen der transparenten Elektrode und der darauf vorgesehenen gemeinsamen Elektrode eine leitende Verbindung herzustellen. Für den verbindenden Leiter und die Bindeschicht werden Gold bzw. Chrom verwendet.

Bei einer Farbbildaufnahmeröhre wird ein FiItersubstrat, wie es in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnt worden ist, mittels eines Kunstharzes befestigt. Sodann wird auf die erforderlichen Teile der Probe 14 eine feste Lösung von Se-Te-As als photoleitfähiger Film mit einer Dicke von 4 um vakuumaufgedampft. Figur 9E zeigt einen Teil des so hergestellten Elektrodensubstrats 35.

Unter Verwendung einer nach der oben beschriebenen Art hergestellten Photokathode wurde eine Bildaufnahmeröhre hergestellt. Figur 10 zeigt die Photokathode in Verbindung mit der Bildaufnahmeröhre. Dabei bezeichnen 35 die Photokathode, 41 einen abtastenden Elektronenstrahl, 42 eine Kathode, 43 einen Lastwiderstand und 44 eine Gleichstromquelle.

Unter Verwendung der in Figur 10 gezeigten Einrichtung

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wurden die Nachbild- und Dunkelstromeigenschaften ausgewertet. Dabei traten bei einem Bildaufnahmebetrieb von 20 min Dauer auch dann keine wesentlichen Probleme auf, wenn ein photoleitfähiger Film verwendet wurde, der mit der Signalelektrode einen Sperrkontakt bildet, d.h. eine feste Lösung von Se-Te-As, und der Neigungswinkel des SnO₂-FiImS 15° betrug. Bei einer kontinuierlichen Aufnahme des gleichen Gegenstandes über langer als eine Stunde wurde ein Dunkelstrom von 0,3 nA beobachtet, aber das Verhalten war generell annehmbar.

Für einen Neigungswinkel unter 15° wurden für photoleitfähige Filme sowohl aus einer festen Lösung von Se-Te-As als auch für einen Sb₂S^-FiIm gute Eigenschaften beobachtet.

Die zwischen dem Neigungswinkel θ und dem Nachbild-Verhalten beobachtete Beziehung ist in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt. Wie ersichtlich, besteht kein Problem, wenn der Neigungswinkel 15° oder weniger beträgt, wobei selbst ein Neigungswinkel von 20° für eine kurze Betriebsdauer der Bildaufnahmeröhre in der Praxis akzeptabel ist.

Gleichzeitig weist die Bildaufnahmeröhre ein besonders gutes Dunkelstrom-Verhalten auf, insbesondere dann, wenn der Neigungswinkel θ kleiner ist als 15° und für den photoleitfähigen Film eine feste Lösung von Se-Te-As verwendet wird. Sin Beispiel für das Dunkelstrom-Verhalten ist in Kurve 85 der Figur 11 dargestellt, bei der an der Abszisse der Neigungswinkel und an der Ordinate der Dunkelstrom aufgetragen ist.

Der Vorteil der Erfindung ist dann zu erwarten, wenn der Neigungswinkel θ 20° oder weniger beträgt. Vom Standpunkt der praktischen Bearbeitung ist es allerdings schwierig, den Neigungswinkel θ kleiner als 1° zu machen.

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Tabelle 1

Neigungswinkel θ	Nachbild nach der Aufnahme eines Bildes über eine Dauer von	60 min
3° 6° 10° . 15° 20° 25°	20 min	kein Nachbild II Il ti ti Il H Nachbild beobachtet Nachbild beobachtet
kein Nachbild It Il Il Il Il It It It Nachbild beobachtet

Einen ähnlichen Effekt erhält man, wenn als Material für den transparenten leitenden Film In₂O, verv/endet wird.

Beispiel 2

Auf einem vorgegebenen Glassubstrat wurde ein SnO₂-FiIm mit einer Dicke von 3000 A erzeugt. Auf diesem SnO₂-FiIm wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit einem positiven Photoresist-Material ein Streifenmuster mit Streifen einer Breite von 14 um und einem Abstand von 6 μΐη gebildet. Die Probe wurde dann einer Ultraviolett-Bestrahlung mit einer Stärke unterworfen, die größer war als die für gewöhnliche Photoresist-Verfahren erforderliche Be lichtungs stärken (10.000 Ix). Anschließend wurde die Probe 30 min lang bei einer Temperatur von 170° C wärmebehandelt. Der transparente leitende Film wurde dann einer Sputter-Ätzung bei den in Tabelle 2 gezeigten Atmosphärebedigungen ausgesetzt. In Tabelle 2 sind auch die Neigungswinkel θ des sich jeweils ergebenden streifenförmigen BnO₂-FiImS sowie die sich ergebenden Nachbild-Eigenschaften zusammengestellt. Der Atmosphärendruck betrug 5 χ 10""' Torr, die HF-Leistungsdichte 0,6 W/cm².

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Tabelle 2

	Probe Nr.	Sauerstoff dichte (%)	Sputter— Dauer(min)	Neigungs- winkel( )	Nachbild nach Auf- nachme eines Bildes über eine Dauer von	fcO min
5	1	0,8	35	13	20 min	kein Nach bild
	2	1,0	35	10	kein Nach bild	II Il
	3	2,0	35	6	It It	Il It
	4	3,0	45	3	It Il	Il Il
10	Il Il

Durch Beschichten vorgegebener Teile der Probe mit einem photoleitfähigen Film von Se-Te-As einer Dicke von 4 um mit Hilfe einer Vakuumbedampfung wurde ein Elektrodensubstrat erzeugt.

Die Probe wurde dann wie im vorhergehenden Beispiel 1 in die in Figur 10 gezeigte Einrichtung eingesetzt, um die Nachbild- und Dunkelstrom-Eigenschaften nach Aufnahme eines Bildes auszuwerten. Sowohl die Nachbild- als auch die Dunkelstrom-Eigenschaften erwiesen sich als annehmbar, wie dies in Tabelle 2 und in Kurve 86 der Figur 11 gezeigt ist.

Gleichzeitig bestätigte sich, daß gute Nachbild- und Dunkelstrom-Eigenschaften mit einem Elektrodensubstrat zu erzielen sind, das mit einem photoleitfähigen Film aus Sb₂S-* einer Dicke von 1,5 um vakuum-bedampft ist.

Ähnliche Effekte lassen sich ferner erzielen, wenn als Material für den transparenten leitenden Film In₂O^ verwendet wird.

Beispiel 3

Auf einem vorgegebenen Substrat wurde ein SnO₂-FiIm mit einer Dicke von 3000 I erzeugt. Sodann wurden auf dem Film in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit einem positiven Photoresist-Material ein streifenförmiges Muster mit Streifen einer Breite von 14 um und einem Abstand von 6 Mm erzeugt. Die so

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erzeugte Probe 31 gemäß Figur 9A wurde 30 min lang bei 200° C wärmebehandelt.

Anschließend wurde eine Sputter-Ätzung in einer Argongasatmosphäre mit 1 % Sauerstoff 35 min lang durchgeführt, wo-

bei die HF-Leistungsdichte 0,6 W/cm betrug. Dabei ergab sich ein SnOp-Filmstreifenmuster mit einem Kanten-Neigungswinkel 9 von 15°. Es bestätigte sich, daß eine photoleitfähige Bildaufnahmeröhre mit einer gemäß diesem Beispiel hergestellten Signalelektrode unabhängig davon gute Eigenschaften aufweist, ob der photoleitfähige Film aus Sb-S^ oder aus einer festen Lösung von Se-Te-As hergestellt wurde.

Gemäß einer Variante wurde die in Figur 9A gezeigte Probe 31 über eine Dauer von 30 min bei 200° C wärmebehandelt und dann einer Sputter-Ätzung 45 min lang in einer Argongasatmosphäre mit 3 % Sauerstoff unterzogen. Dabei wurde ein Kanten-Neigungswinkel θ des transparenten leitenden Films von 6° beobachtet. Wiederum bestätigte sich, daß eine Bildaufnahmeröhre mit einer derartigen Photokathode gute Eigenschaften unabhängig davon aufweist, ob der photoleitfähige Film aus Sb₂^ oder aus einer Se-Te-As-Lösung hergestellt wurde.

Befriedigende Eigenschaften der Bildaufnahmeröhre lassen sich dagegen nicht erzielen, wenn der Kanten-Neigungswinkel des transparenten photoleitfähigen Films nicht in den erfindungsgemäß spezifizierten Bereich fällt.

Die Probe 31 gemäß Figur 9A wurde 30 min lang bei 200° C wärmebehandelt. Das so hergestellte Substrat wurde sodann einer Sputter-Ätzung unterworfen, die mit einer HF-Leistungsdichte

von 0,6 W/cm 30 min lang in einer Argongasatmosphäre durchgefürt wurde. Sodann wurde die Photoresist-Schicht mit Hilfe einer Plasma-Abbrenneinrichtung entfernt. Anschließend wurde ein streifenförmiger SnOp-FiIm mit einem Neigungswinkel θ von 25° an seinen Kanten gebildet. Eine feste Lösung aus Se-Te-As wurde als photoleitender Film auf den streifenförmigen Film aufgetragen, um die Photokathode einer Bildaufnahmeröhre zu formen. Diese Photokathode wurde sodann in eine Bildaufnahmeröhre eingebaut, und ihre Eigenschaften wurden ausgewertet.

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Es ergab sich, daß diese Bildaufnahmeröhre nachteiligerweise einen Dunkelstrom von nicht weniger als 1,3 nA bei einer Photokathodenspanne von 50 V aufwies, während dieser Wert gewöhnlich nur 0,5 nA oder weniger beträgt, wenn für die photoleitfähigen Film ein Material wie etwa eine feste Lösung aus Se-Te-As verwendet wird, die mit der Signalelektrode einen Sperrkontakt bildet. Außerdem war nach einer kontinuierlichen Bildaufnahme des gleichen Objektes über eine Dauer von 20 min ein unerwünschtes Nachbild oder Nachleuchten zu beobachten.

Beispiel 4

Auf einem vorgegebenen Substrat wurde ein SnOo-FiIm mit einer Dicke von 3000 k gebildet, auf dem ein Streifenmuster eines Photoresist-Materials mit einer Streifenbreite von 14 um und einem Abstand von 6 um ebenso wie im Beispiel 1 erzeugt wurde. Die sich ergebende Probe wurde .dann 30 min lang bei 200° C wärmebehandelt und dann einer Sputter-Ätzung unterworfen, die 35 min lang in einer 0,8 % Sauerstoff enthaltenden

Argonatmosphäre bei einer HF-Leistungsdichte von 0,6 W/cm durchgeführt wurde. Der Neigungswinkel θ der Kanten des transparenten leitenden Films wurde mit 20° gemessen.

Eine Bildaufnahmeröhre mit einer Signalelektrode gemäß dieser Probe wies akzeptable Eigenschaften ohne wesentliche Probleme auf, wenn als Material für den photoleitfähigen Film Sb₂S, verwendet wurde. Wurde dagegen Se-Te-As verwendet, so zeigte die Bildaufnahmeröhre nach kontinuierlichem Bildaufnahmebetrieb über mehr als eine Stunde ein Nachbild, und der Dunkelstrompegel betrug nicht weniger als 0,8 nA, während nach einem Dauerbetrieb von 20 min kein wesentliches Nachbild vorhanden war.

Wie oben beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, die Kanten des streifenförmigen transparenten leitenden Films abzuschrägen. Dies ergibt gute Eigenschaften der Bildaufnahmeröhre auch dann, wenn ein photoleitfähiger Film des Sperrkontakt-Typs verwendet wird, der um die Signalelektrode herum ein elektrisches Feld hoher Intensität verursacht.

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Claims (11)

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBB1NGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95Ο16Ο, D-8OOO MÖNCHEN SS HITACHI, LTD. und 1. März 1978 HITACHI DENSHI KABUSHIKI KAISHA DA-5584 Photokathode für eine Bildaufnahmeröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung PATENTANSPRÜCHE

1. Photokathode für eine Bildaufnahmeröhre mit mehreren auf einem lichtdurchlässigen Substrat angeordneten streifenförmigen transparenten leitenden Elektroden und einer auf den Elektroden angeordneten Schicht aus einem photoleitfähigen Material, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zwischen den schrägen Seitenkanten der streifenförmigen transparenten Elektroden und der Substratoberfläche höchstens 20° beträgt.

2. Photokathode nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ichnet , daß der Winkel zwischen den schrägen Seitenkanten der streifenförmigen Elektroden und der Substratoberfläche höchstens 15° beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Photokathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennze ichnet , daß das photoleitfähige Material mit den transparenten Elektroden einen Sperrkontakt bildet.

4. Photokathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennze ichnet, daß das photoleitfähige Material aus einer festen Lösung von Se-Te-As besteht«

5. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß auf einem vorgegebenen lichtdurchlässigen Substrat ein transparenter leitender Film gebildet und auf diesem eine Maske mit dem gewünschten Muster aus einem positiven organischen photoempfindlichen Material erzeugt wird, daß die Maske erhitzt wird, um die Seitenkanten der Maske abzuschrägen, daß der transparente Film durch Sputter-Ätzung in einer sauerstoff haltigen Inertgasatmosphäre .zur Bildung eines Substratkörpers bearbeitet wird und daß auf den gewünschten Abschnitten dieses Substratkörpers ein photoleitfähiger Film erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennze ichnet , daß die Inertgasatmosphäre 1 bis 10 % Sauerstoff enthält.

7. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß auf einem vorgegebenen lichtdurchlässigen Substrat ein

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transparenter leitender Film und auf diesem eine Maske mit gewünschtem Muster aus einem positiven organischen photoleitenden Film erzeugt wird, daß die Maske einer Ultraviolett-Bestrahlung unterzogen und zur Abschrägung ihrer Seitenkanten erhitzt wird, daß der transparente leitende Film durch Sputter-Ätzung in einer Inertgasatmosphäre zur Erzeugung eines Substratkörpers behandelt wird und daß auf vorbestimmten Abschnitten dieses Substratkörpers ein photoleitfähiger Film erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgasatmosphäre Sauerstoff enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Inertgasatmosphäre weniger als 10 % Sauerstoff enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennze ichnet, daß der photoleitfähige Film aus einem Material erzeugt wird, das mit der transparenten Elektrode einen Sperrkontakt bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennze ichnet , daß der photoleitfähige Film aus einer festen Lösung aus Se-Te-As hergestellt wird.

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