DE3310303A1

DE3310303A1 - Bildverstaerkervorrichtung

Info

Publication number: DE3310303A1
Application number: DE19833310303
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 7914 Pfaffenhofen Kasper; Ulf Dr. 7900 Ulm König; Suso Dr. 7907 Langenau Weber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: KASPER, ERICH, DR.RER.NAT., 7914 PFAFFENHOFEN, DE
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1983-03-22
Publication date: 1984-09-27
Also published as: NL8400881A

Description

Beschreibung
Bildverstärkervorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildverstärkervorrichtung mit einer Transmissionsphotokathode vom III/V-Verbindungs-Halbleitertyp invertierter Struktur, deren schichtförmiger Aufbau eine Schutzschicht, eine aktive Schicht und eine Cäsierungsschicht aufweist, wobei dieser Schichtaufbau durch Druck- und erhöhte Temperaturanwendung im Bereich der Schutzschicht fest mit einem Glas träger verbunden ist.
Die irdische Fernsicht (ab mehreren Kilometern Entfernung) wird selbst bei reiner Luft begrenzt durch die Wasserdampfabsorption und durch den infolge der Rayleigh-Streuung des Sonnenlichts abnehmenden Bildkontrast. Es ist bekannt, daß der Kontrast entfernter Objekte durch Vorschalten eines IR-Filters entscheidend verbessert werden kann, weil die Rayleigh-Streuung im IR (Infrarot) stark 4 abnimmt ('ei/ A ) und die Wasserdampfabsorption bereits im nahen IR einige schmalbandige Durchlaßbereiche (Fenster) aufweist. Nachteil des Vorschaltens eines IR-Filters ist eine Helligkeitsreduzierung (lange Belichtungszeit).
Andererseits kennt man Bildverstärker (1.-3. Generation), die eine sehr hohe Verstärkung von Lichtsignalen zulassen, weil sie für das Nachtsehen vorgesehen sind. Nachteile dieser Bildverstärker mit sehr hoher Verstärkung sind die Länge und die Kosten, z. B. wegen Verwendung mehrerer Stufen oder spezieller Einrichtungen, wie Elektronenoptik und Mikrokanalplatten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bildverstärker mit Filterwirkung und Verstärkung anzugeben, der eine geringe Länge aufweist und billig herzustellen ist. Er soll mit entsprechender Optik für direktes Sehen oder als Vorsatz für Fotoapparate einsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Schutzschicht und dem Glasträger eine Absorberschicht mit schmalbandiger Filterwirkung angeordnet ist.
Der Einsatz der beschriebenen III/V-Photokathode bringt neben der Filterwirkung auch eine erhöhte Auflösung wegen des gerichteten Austritts der Photoelektronen.
In Kombination der Bildverstärkerröhre mit einer Eingangs-und einer Ausgangsoptik entwirft die Eingangs optik ein Bild des Objektes auf der Transmissionsphotokathode. Das im Bildverstärker am Leuchtschirm erzeugte helle Bild wird durch eine Lupe beobachtet.
Anhand der Figuren 1 bis 5 wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Die FIG. 1 zeigt schematisch eine Bildverstärkervorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Eingangs- und einer Ausgangsoptik.
Die FIG. 2 zeigt schematisch im Querschnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Photokathode.
Die FIG. 3 zeigt in einem Diagramm die kurzwellige Bandkante einer Photokathode mit einer erfindungsgemäßen Filterschicht.
Die FIG. 4 zeigt in einem Diagramm die langwellige Bandkante einer Photokathode mit einer erfindungsgemäßen Filterschicht.
Die FIG. 5 zeigt einen Halbleiterkörper für eine erfindungsgemäße Photokathode in einem Zwischenstadium des Herstellungsverfahrens.
In der FIG. 1 ist schematisch im Querschnitt eine Nahfokus-Bildverstärkerröhre 20 dargestellt. Auf der Innenfläche des transparenten Eingangsfensters 21 befindet sich eine Halbleiterphotokathode 23 vom III/V-Verbindungstyp, die gemäß der Erfindung eine integrierte IR-Filterschicht aufweist. Auf der Innenfläche eines transparenten Ausgangsfenster 22 befindet sich ein Leuchtschirm 24. Von einer Eingangsoptik 25 wird ein Bild auf die Photokathode 23 projiziert und dort entsprechend dem vom integrierten Filter durchgelassenen Strahlenbereich ein Elektronenbild erzeugt, dessen Elektronen bildgetreu auf den Leuchtschirm 24 auftreffen und dort ein durch die Lupe 26 betrachtbares Leuchtbild erzeugen.
In der FIG. 2 ist ein bevorzugter Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen Photokathode mit einer Absorber- oder Filterschicht 2 dargestellt, die direkt an den Glasträger anschließt. Es folgen eine Schutzschicht 3, bevorzugt aus GaAlAs oder GaAlInAs, eine aktive Halbleiterschicht 4, bevorzugt aus GaAs und eine CsO-Schicht 5.
Als Absorbermaterial wird ein Halbleitermaterial verwendet, dessen Eigenschaften abhängig sind von den Eigenschaften der aktiven Halbleiterschicht. Für die Energie-Bandlücke des Absorber-Halbleiters (Eg2) gilt zweckmäßig g4 (Eg2 (Eg4 + 0.18 eV (Eg4 Bandlücke der aktiven Schicht).
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wurde ausgeführt mit dem quaternären III/V-Halbleiter Ga1-x-y A1x Iny As.
Die FIG. 3 zeigt den Einfluß eines Al-Anteils des Absorbers (y2=O) auf die kurzwellige Filtergrenze und FIG. 4 den Einfluß eines In-Anteils der aktiven Schicht (x4=0) auf die langwellige Filtergrenze. Photokathoden mit der angestrebten schmalbandigen Filterwirkung im IR-Bereich werden besonders gut erreicht, wenn für die chemische Zusammensetzung der Absorberschicht (x2 A1-Gehalt, y2 In-Gehalt des Halbleiters Ga1-x-y A1x Iny As) gilt: x4-1,25y4 <x2-1,25y2 <x4-1,25y4 + 0,2 mit der Nebenbedingung y2, Y4 "0.1 zur Gitterpassung.

Zur Herstellung der schmalbandigen Photokathode wird auf ein GaAs-Substrat von z. B. 18 mm Durchmesser und 280 pm Dicke mittels des bekannten Flüssigepitaxieverfahrens die in FIG. 5 gezeigte Schichtfolge abgeschleden. Die nachfolgende auf FIG. 5 bezogene Tabelle zeigt Werte eines Ausführungsbeispiels mit den Herstellverfahren.

FIG.5 Bezeichnung Zusammensetzung Dicke Herstell-

verfahren

6 Substrat GaAs 280µm Tiegelziehen

4 aktive Schicht Tun In005As:Zn 3µm A

(Zn-Dotierung:8.1 18 ) | Flüssig-

3 Schutzschicht ag Al05 As 6um phasen-

2 Absorber aAs 2,5um epitaxie

Der so hergestellte Halbleiterkörper nach FIG. 5 wird nun mit einem Glaskörner (Eingangsfenster) in bekannter Weise unter Druck und Temperatur verbunden, so daß die Absorberschicht 2 an den Glaskörper 1 grenzt (invertierte Struktur). Anschließend wird das Substrat 6 weggeätzt. Dieser Glas-Halbleiterverbund wird in eine Ultrahochvakuum-Kammer gebracht und in bekannter Art und Weise durch thermische Reinigung der Oberfläche, Zugabe von Cs und 0 cäsiert.

Dieser Prozeß wird zweckmäßig so modifiziert, daß eine etwas dickere CsO-Schicht aufgebracht wird als für Nachtsichtgeräte (3. Generation) üblich ist, wodurch die Stabilität gegenüber Tageslichtbeleuchtung erhöht wird. Gesteuert und kontrolliert wird die CsO-Bedeckung durch Messung der Weißlichtempfindlichkeit. Anfangs wächst die Weißlichtempfindlichkeit mit steigender CsO-Bedeckung und erreicht ein Maximum. Hier wird der Prozeß normalerweise beendet. Die CsO-Bedeckung wird aber zweckmäßig fortgesetzt bis die Weißlichtempfindlichkeit auf einen Wert zwischen 50 % und 80 % der maximalen Weißlichtempfindlichkeit abgesunken ist. In der Ultrahochvakuum-Kammer wird der nunmehr cäsierte Halbleiter-Glasverbund (Photokathode) gasdicht mit dem Gehäuse einer Nahfokus-Bildröhre verbunden, anschließend aus der Ultrahochvakuum-Kammer entnommen und mit einer handelsüblichen Spannungsversorgung versehen. Je zwei dieser Bildröhren werden in ein modifiziertes Feldstechergehäuse eingebaut, so daß das Objektiv ein Bild des betrachteten Gegenstandes auf der Photokathode entwirft und der Leuchtschirm in der Brennebene des Okulars liegt.
- Leerseit6 -

Claims

Patentansprüche Bildverstärkervorrichtung mit einer Transmissionsphotokathode vom III/V-Verbindungs-Halbleitertyp invertierter Struktur, deren schichtförmiger Aufbau eine Schutzschicht, eine aktive Schicht und eine Cäsierungsschicht aufweist, wobei dieser Schichtaufbau durch Druck- und erhöhte Temperaturanwendung im Bereich der Schutzschicht fest mit einem Glasträger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schutzschicht (3) und dem Glasträger (1) eine Absorberschicht (2) mit schmalbandiger Filterwirkung angeordnet ist.
2. Bildverstärkervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht (2) eine Halbleiterschicht auf Basis der aktiven Halbleiterschicht (4) ist.
3. Bildverstärkervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Energiebandlücke des Halbleiters der Absorberschicht (2) die Beziehung gilt g4 < Eg2 ( Eg4 + 0,18 eV wobei Eg4 die Bandlücke der aktiven Halbleiterschicht (4) und Eg2 die Bandlücke des Absorberhalbleiters ist.
4. Bildverstärkervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Halbleiterschicht (4) aus einem quaternären III/V-Verbindungs-Halbleiter besteht.
5. Bildverstärkervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Halbleiterschicht aus einem Ga Al In As-Halbleiter besteht.
t-x-y x y 6. Bildverstärkervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die chemische Zusammensetzung der Absorberschicht (2) gilt 4 25y4 (X2-1X25y2 (X4-1,25y4 < x2-1,25Y2 <x4-1,25y4 + 0,2 mit der Nebenbedingung (Gitteranpassung) Y2, Y4 # 0,1.
7. Bildverstärkervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Anwendung im optischen Strahlengang eines Fernrohres zur Verbesserung der Fernsicht.
8. Bildverstärkervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht (2) die Wirkung eines IR-Filters besitzt.
9. Bildverstärkervorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Nahfokusbildverstärkerröhre.