DE810108C - Verfahren zum Herstellen von Einkristall-Leuchtschirmen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Einkristall-Leuchtsdürmen Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Einkristall-Leuchtschirmen, insbesondere für beliehige Entladungsröhren, wie z- B. für Kathodenoszillographen, Fernschrühre, Elektronenmikroskope, Elektranenbeugungsge-räte, Elektronenspektrographen, sowie zum Nachweis von y-Strahlen bei5pielsweise für Schirmbilder bei der Röntgendurchleuchtung und ähnliche Zwecke. Hierhei soll unter Einkristall-Leuchtschirm ein Leuchtschirm verstanden werden, dessen lumineszierender Stoff in Form eines zweidimensiouaten Einkristalls, allenfalls auch aus wenigen sehr großen zweidimensionalen Kristallen, gebildet ist. Wegen des Verwendungszwecks kommen im allgemeinen nur sehr dünne Schichten von etwa i y bis i o y in Frage. Es ist an sich bekannt, lumineszierende Stoffe aus einern Wirtgitter, beispielsweise Kaliumbromid, und einem Aktivator, beispielsweise Thallium, aufzubauen. Bei diesem Verfahren erhält man aber Kristallkörper, die wegen ihrer Dicke erst durch Aufspalten und anschließendes Abschleifen in die für Leuchtschirme erforderlichen dünnen Plättchen verwandelt werdem müssm Außerdem erhält man auf dieseWeise keine relativgroßenFLichenstücke.
• Nach der vorliegenden Erfindung karm man nun dünnste lumintszierende EinkriaWle aus einem Einkristall als Wirtgitter und mindestens einem Aktivator herstellen, wenn man die zur Aufnahme derAktivatorenbestinunteWirtsubstanzimVakuum auf eine Bilfsplatte iuil>ringt und frühestens durch das Aufbringen in einen Einkristat umwandelt. Es ist zweck2näßig, wenn die Hilfsplatte eine gleiche oder annähernd gleicheMetrikdesKristallgitters aufweist, wie das Material des Wirtgitters und selbst ein Einkristall ist. Dabei muß das Ma# terial der Aufwachsfläche keineswegs der gleichen Kristallklasse angehören. Durch diesen Prozeß wird ein orientiertes Aufwachsen auf der Oberfläche erzwungen. Vorzugsweise wird die Oberfläche, auf der der Einkristall wachsen soll, während des Aufdampfens oder Aufsublimierens auf erhöhter Temperatur gehalten, wodurch das Aufwachsen des Einkristalls gefördert wird. Sofern der Aktivatorstoff nicht mit aufgedampft oder aufsublimiert wurde, wird anschließend die Einkristallschicht in Gegenwart eines je nach Aktivator und Wirtgitter experimentell zu bestimmenden Partialdrucks des die Aktivierung hervor, rufenden Stoffs, beispielsweise eines Metalls oder mehrerer Metalle, getempert mit dem Ziel einer Diffussion der Aktivieratome in das Wirtgitter.
• Bei Verwendung von Metallen mit sehr niedrigem Dampfdruck kann man erfindungsgemäß so vorgehen, daß man nach dem Aufwachsen der Einkristallschicht eine dünnste Schicht des gewünschten Metalls aufbringt, beispielsweise durch kathodisches Aufstäuben, und anschließend tempert. Selbstverständlich kann man gleichzeitig oder hintereinander mehrere verschiedene Metalle in das Wirtgitter einbringen, indem man beispielsweise zuerst die Einkristallschicht im Partialdruck des einen und dann im Partialdruck des anderen Metalls tempert.
• In manchen Fällen stört, daß die Einkristallschicht auf einer Unterlage aufgewachsen ist. Dem kann im weiteren Ausbau der Erfindung dadurch abgeholfen werden, daß ein solches Material für die Unterlage gewählt wird, das gegenüber dem Einkristall ein möglichst unterschiedliches Löslichkeitsvermögen in irgendeinem Lösungsmittel zeigt, so daß man die Trägersubstanz weglösen kann.
• In weiterer Ausbildung des Verfahrens können Einkristalle auch auf isotropen Unterlagen, beispielsweise Glas, gezüchtet werden, und zwar dadurch, daß das Material in dünnsten Schichten auf die isotrope Unterlage aufgedampft oder aufsublimiert wird, wobei es vorerst polykristallin und ungeordnet erstarrt. Dann wird die Unterlage mit der polykristallinen Schicht in eine Vorrichtung gebracht, bei der ein Teil der Schicht durch eine Maske, die nahe an der polykristallinen Schicht liegt, verdeckt ist. Die Maske besitzt einen zunächst engen Schlitz, dei sich zur übrigen Fläche hin erweitert. Man spannt nun senkrecht zur Richtung des Schlitzes und nahe an der Maske einen Draht, beispielsweise aus Platin, und erhitzt diesen hoch, jedenflalls über den Schmelzpunkt der polykristallinen Schicht. Wird dann der Draht in Richtung des Schlitzes mit einer Geschwindigkeit, die kleiner bis gleich der Kristallisationsgeschwindigkeit des Materials der polykristallinen Schicht ist, bewegt, so schmilzt der Draht zufolge seiner Wärmestrahlung den von*der Maske freigelassenen Teil der Schicht nieder, der dann beim Weiterwandern des Drahtes wieder erstarrt. Da der Schlitz am Anfang sehr schmal ist, ist Gewähr dafür gegeben, daß nur ein Keim sich ausbildet, der dann durch die ganze Platte wächst. Durch mehrfache Erweiterungen und Verengungen des Schlitzes vor der Eiweiterung auf die volle angestrebte Schirmbreite kann man mit Sicherheit erreichen, daß nur ein Keim durchwächst.
• Das Einführen der Aktivatoren, beispielsweise durch Tempern in einem Partialdruck, der ihre Diffusion in das Wirtgitter ermöglicht, kann vor oder nach Herstellung der Einkristallschicht erfolgen. Durch geeignete Wahl des Wirtgitters und des Aktivators, ferner durch geeignete thermische Behandlung der Einkristallschicht kann eine sehr gleichmäßige Aktivierung der Einkristallschicht erreicht werden. Von dem Wirtgitter, Aktivator und der Art der Verteilung des letzteren im Wirtgitter hängt die Energieausbeute und die Lage des Maximums der Lichtemission ab. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Einkristall-Leuchtschirme zeigen ein besonders großes Auflösungsvermögen.
• Selbstverständlich braucht die Oberfläche, auf die aufgedampft oder aufsublimiert wird, keine Ebene sein. Beispiel i Eine Spaltplatte von Orthoklas (Kalifeldspat) wird als Hilfsplatte auf 350" C erwärmt und durch Bedampfen mit Kaliumbromid das Wirtgitter erzeugt. Nachdem dieses bei der gleichen Temperatur mehrere Stunden getempert wurde, erfolgt die Aktivierung mit Thallium und abermaliges Tempern bei der gleichen Temperatur. Alle Arbeitsgänge finden im Hochvakuum statt. Beispiel 2 Im Hochvakuum wird eine Spaltplatte von Steinsalz auf 175' C erwärmt und mit Zinksulfid bedampft. Dieses Wirtgitter wird dann bei etwa 350' mit Blei oder Kupfer aktiviert und bei derselben Temperatur geternpert. Die erhaltene Einkristallschicht wird mit der freien Oberfläche unter Verwendung eines löslichen Kittes, beispielsweise auf eine Glasplatte, aufgekittet und die Hilfsplatte aus Salz mit Wasser weggelöst. Beispiel 3 Eine Hilfsplatte aus Glas wird im Hochvakuum mit Steinsalz bedampft. Über diese noch polykristalline Schicht wird die früher beschriebene Maske gedeckt und von der Impfstelle her ein Platinheizdraht mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 mm/h #"orbeigeführt. Die hierdurch entstandene Einkristallschicht wird dann mit Silber aktiviert.
• Als Hilfsplatten lassen sich gemäß den Beispielen i und 2 solche aus Stoffen geeigneter Metrik, anderseits aber auch Platten ohne Einkristallmetrik (s. Beispiel 3), verwenden.
• Als Wirtsubstanzen sind geeignet: Alle Alkalihalogenide und Erdalkalihalogenide (Ca, F., Sr, F2), alle Sulfide (Zu S, Cd S, Mii S); darüber hinaus alle übrigen Wirtsubstanzen der Phosphore.
• Als Aktivatoren lassen sich insbesondere die .Metalle Ag, Cu, Tli, K, RI), Mg, Ni, Pb, Sr, Ba, Y und andere seltene 1--,rdeti verwenden.

Claims (2)

1. PATENTANSPROCHE: i. Verfahren zum Herstellen von Einkristall-Leuchtschirinen aus einem Einkristall als Wirt-(Titter und mindestens einem Aktivator, dadurch gekennzeichnet, (laß die zur Aufnahme derAktivatoren bestimmte Wirtsubstanz im Vakuum auf eine Hilfsplatte aufgebracht und frühestens durch (las Aufbringen in einen Einkristall umgewandelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer isotropen Hilfsplattensubstanz die Wirtsubstanz polykristallin im Vakuum niedergeschlagen und anschließend durch Impfung an nur einer Stelle in eine E'inkristallschicht umgewandelt wird. 3. \-erfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspla'tte mit der aufg(I)rachten polykristallinen Wirtschicht, ausgehend von der Impfstelle, relativ gegenüber einem Heizkörper mit einer Geschwindigkeit I)c%ve"t wird, die höchstens gleich der Kristallisationsgeschwindigkeit der Wirtsubstanz ist. 4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach AnsPrUch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Schicht von einem Rand her durch eine Maske verdeckt ist, die einen zunächst engen Schlitz besitzt, der sich dann aber zur übrigen Fläche hin erweitert, und daß senkrecht zum Schlitz ein in Richtung desselben bewegbarer Heizdraht gespannt ist. 5. Hilfsplatte zur Herstellung von Einkristall-Leuchtschirmen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Kristallgitter mindestens polymer analoge, zweidimensionale Metrik besitzt, wie das Wirtgitter. 6. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Wirtsubstanz zu bedeckende Hilfsplatte während des Aufbringens erhitzt wird. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Aktivator dienende Substanz zusammen mit der Wirtsubstanz im Vakuum aufgebracht wird. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung der Schicht des Wirtgitters diese bei einer Temperatur mit der Aktivatorsubstanz belegt wird, bei der diese einen Partialdruck besitzt, der ihre Diffusion in das Wirtgitter ermöglicht. g. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits mit Aktivatorsubstanz belegte Einkristallschicht des Wirtes in Gegenwart eines Partialdrucks der Aktivatorsubstanz getempert wird. io. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wirtsubstanz und eine Trägersubstanz verwendet werden, die ein starkunterschiedlichesLöslichkeitsvermögen gegen ein bestimmtes Lösungsmittel haben.