DE889814C - Optisch-elektrischer Wandler mit lichtdurchlaessiger Metallelektrode und Verfahren zur Herstellung optisch-elektrischer Wandler - Google Patents
Optisch-elektrischer Wandler mit lichtdurchlaessiger Metallelektrode und Verfahren zur Herstellung optisch-elektrischer WandlerInfo
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Description
Optisch-elektrische Wandler, wie z. B. Sperrschichtphotcelemente und andere auf Licht ansprechende
elektrische Instrumente, weisen Elektroden auf, um den bei Lidhteinfall an der Sperrschicht
entstehenden Photostrom aufzunehmen und einem Stromkreis zuzuführen. Mindestens eine
der Elektroden muß hierbei für das einfallende Licht möglichst durchlässig sein und trotzdem
eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen. Beide Eigenschaften konnten bisher nicht in dem gewünschten
Maße gleichzeitig verwirklicht werden.
Im allgemeinen sind dabei zwei grundsätzlich verschiedene Ausbildungsformen lichtdurchlässiger
Elektroden bekannt. Bei der ersten Ausbildungsform besteht die Elektrode aus einem feinen
Metallnetz, welches an die Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht angepreßt ist. Die einzelnen
Stege des meistens als Metalldrahtgewebe ausgebildeten Netzes werden dann zu Saugstellen für
die von ihnen ausgehenden Potentiallinien. Die
zwischen den Stegen des Netzes liegenden, nichtmetallisch leitenden Lücken bilden elektrische
Querwiderstände, welche bewirken, daß die Genamtleitfähigkeit der Elektrode nur gering ist, so
daß derart aufgebaute optisch-elektrische Wandler einen außerordentlich niedrigen Wirkungsgrad aufweisen.
Bei der zweiten Ausbildungsform besteht die Elektrode aus einer auf die lichtempfindliche
Schicht aufgetragenen dünnen, metallischen Schicht, vorzugsweise aus Gold, die neben der Eigenschaft
elektrischer Leitfähigkeit die Besonderheit der Lichtdurchl'ässigkeit zeigt. Dicke Metallschichten
haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit, aber
dagegen nur eine geringe Lidhtdurchlässigkeit, während umgekehrt dünne Metallschichten eine
gute Lichtdurchlässigkeiit, jedoch eine schlechte Leitfähigkeit besitzen. In dem ersten Fall ist der
Wirkungsgrad eines derartigen Wandlers infolge der Dämpfung des Lichteinfalles und in dem
zweiten Fall des hohen elektrischen Querwiderstandes
der Elektrode verhältnismäßig niedrig.
Ein hoher Querwiderstand der Elektrode bewMrt
ίο auch einen Spannungsabfall innerhalb derselben
mit der Folge, daß der Zusammenhang zwischen der Lichteinstrahlung und dem erzeugten Photostrbm
im allgemeinen kein linearer ist. Dieser Nachteil macht sich dort störend bemerkbar, wo
zur verzerrungsfreien Steuerung eines Vorganges in Abhängigkeit vom eingestrahlten Licht ein
linearer Zusammenhang zwischenLichteinstrahlung und Photostrom erforderlich ist.
Die sich damit ergebende Aufgabenstellung wird durch eine Ausbildung optisch-elektrischer
Wandler gelöst, die sich, ausgehend von optischelektrischen Wandlern mit lichtdurchlässiger
Metallelektrode, dadurch kennzeichnet, daß die Eliektrode aus einer dünnen, lichtdurchlässigen
Metallschicht und einem über ihr angeordneten Raster, dessen Stege elektrisch gut leitend und in
leitender Verbindung mit der Metallschicht sind, besteht.
Durch die so erreichte Verringerung des elekirischen
Querwiderstandes der Elektrode steigt der Wirkungsgrad des Wandlers sprunghaft, und
es entsteht ein linearer Zusammenhang zwischen Lichteinstrahlung und erzeugtem Photostrom.
Der Raster kann mit Vorteil ein Kreuzraster sein, dessen quer zueinander stehende Stege elektrisch
leitend miteinander verbunden sind. Zur Erhöhung der Lichtdurchläissigkeit der Elektrode
können mindestens die zwischen den Rasterstegen liegenden Stellen der lichtdurchlässigen Metallschicht
auf der dem einfallenden Licht zugewandten Oberfläche mit wenigstens einer dielektrischen,
lichtdurchlässigen Deckschicht überzogen sein, deren Dicke und deren BrecHungszalhl derart bestimmt
sind, daß an den Grenzflächen zwischen .45 Deckschicht und angrenzender Luft einerseits und
zwischen Deckschicht und Metallschicht andererseits reflektierte Amplituden einfallenden Lichtes
sich für eine in der Mitte des Übertragungsbereiches liegende Frequenz durch Interferenz gegenseitig
völlig oder nahezu völlig aufheben, so daß die Gesamtreflektiön unterdrückt wind.
Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter optiischelefctrischer
Wandler kann beispielsweise wie folgt aufgebaut sein: Auf der lichtempfindlichen
Schicht, z. B. eines Sperrschichtptfiotoelementes, iist
eine dünne, zusammenhängende Metallschicht angeordnet, beispielsweise durch Bedampfen der lichtempfindlichen
Schicht. Zur Erzielung hoher LiAtdu'rchläsisigkeit ist diese ,Schicht so dünn, daß sie
trotz Verwendung eines gut leitenden Materials, wie Gold, Silber, Kupfer usw., einen untragbar
hohen Querwiderstand hätte, wenn sie allein als Elektrode dienen sollte. Unmittelbar auf dieser
metallischen Schicht ist ein feiner Kreuzraster angeordnet, dessen Stege aus vorzugsweise gleichem 6g
Metall bestehen wie die metallische Schicht und mit denselben in elektrisch leitender Verbindung stehen
und selbst gut leitend sind. Die Maschenweite des Kreuzrasters kann ζ. Β. ο,ί mm betragen, während
die Dicke der einzelnen Stege des Rasters zu etwa ο,οΐ mm bestimmt ist. Ein derartiger Raster verursacht
keine nennenswerte Beeinträchtigung dies Lichteinfalles, besitzt aber einen stark herabgesetzten
elektrischen Querwiderstand. Durch die leitende Verbindung sämtlicher Stege des Rasters
mit der dünnen Metallschicht ergibt sich die gleiche Wirkung, wie wenn diese dünne Schicht selbst
einen herabgesetzten Querwiderstand besäße, obwohl sie bis auf eine geringe Absorption stark
lichtdurchlässig ist. Die Herstellung eines genügend feinen metallischen Rasters ist technisch durchaus
möglich; sie kann mit den nachlbenannten Verfahren und technischen Mitteln erfolgen.
Um die Lichtdurchlässigkeit der beschriebenen Elektrode durch Unterdrücken der Reflexion des
einfallenden Lichtes noch zu steigern, ist die dem Lichteinfall zugewandte Begrenzungsfläche der
dünnen, metallischen Schicht mindestens an den
,Stellen zwischen den Stegen des Rasters mit einer durchsichtigen, dielektrischen Deckschicht überzogen,
deren Dicke gleich einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des einfallenden.
Lichtes von einer ungefähr in der Mitte des Übertragungsbereiches liegenden Frequenz ist. Dadurch
ergibt sich, daß an der '.Grenzfläche zwischen Luft und Deckschicht und Deckschicht und metallischer
'Schicht reflektierte Amplituden des einfallenden" Lichtes außerhalb der Deckschicht einen
Phasenunterschied von einer halben Wellenlänge aufweisen und bei entsprechender Wahl der Brechzahl
angenähert gleiche Amplitude besitzen, so daß sie sich infolge von Interferenz gegenseitig aufheben.
Die Aufhebung ist für eine Lichtfrequenz, die der mittleren Übertragungsfrequenz entspricht,
vollkommen, für das gesamte sichtbare Spektrum ist sie aber immer noch so beträchtlich, daß eine
nennenswerte Wirkungssteigerung eintritt. Aus energetischen Gründen steigt infolge der so erzielten
Verringerung der Reflexion die Durchlässigkeit des ganzen Gebildes, daß praktisch nur
noch die an sich geringe Absorption der metallischen Schicht übrigbleibt. Wenn letztere z. B. aus Silber
besteht, so gelingt es auf diese Weise, eine maximale Lichtausbeute von ungefähr 90% bei gleichzeitig
guter Leitfähigkeit der Elektrode zu erzielen.
Da die dielektrische Deckschicht aus einem mechanisch und chemisch widerstandsfähigen
Material besteht, schützt sie die dünne Metallschicht sowie die lichtempfindliche Schicht gegen atmosphärische
Einflüsse. Der optisch-elektrische Wandler erhält so große Beständigkeit, indem die
Wirkung der Deckschicht in dieser Hinsicht etwa dieselbe ist, wie wenn der Wiandler selbst im Hochvakuum
untergebracht wäre.
Die Deckschicht kann auf die bereits mit Raster versehene Elektrode aufgedampft sein, wobei. es
gleichgültig ist, ob die Schicht auch die Stege des Rasters selbst bedeckt oder nicht.
Der beschriebene optisch-elektrische Wandler zeigt nicht nur einen wesentlich höheren Wirkungsgrad
gegenüber den bisher bekannten Wandlern, sondern auch einen fast vollkommenen linearen Zusammenhang
zwischen Lichteinfall und erzeugtem Photostrom.
Die zur Herstellung erfindungsgemäß auisgebildeter optisch-elektrischer Wandler anzuwendenden
Herstellungsverfahren, kennzeichnen sich grundsätzlich dadurch, daß auf der lichtdurchlässigen
Metallelektrode des Wandlers ein elektrisch gut leitendes Rasternetz erzeugt und das
Rasternetz mit der Metallelektrode elektrisch leitend verbunden wird. Das kann zunächst dadurch
geschehen, daß man Elektrode und Rasternetz unabhängig voneinander herstellt und elektrisch
leitend verbindet. Man gewinnt dadurch die Möglichkeit, in der Stoffauswahl für beide Teile
keinerlei Beschränkungen unterworfen zu sein. Wesentliche Vereinfachungen ergeben sich jedoch,
wenn man die Herstellung beider Teile gemeinsam vornimmt, wobei Metallelektrode und Rasternetz
mittels derselben metallischen Komponente hergestellt sein können, wobei diese Komponente aus
denselben Metallen, Metallegierungen, festen Metallösungen, intermediären Metallverbindungen
od. dgl. zu bestehen vermag. Insbesondere kann in einer der Bildung der lichtdurchlässigen Metallelektrode
und des Rasternetzes dienenden Metallschicht das Rastermetz dadurch erzeugt werden, daß
Metall in einem den Rasterzwischenräumen entsprechenden Ausmaß, daß also der zwischen den
Stehen des Rasternetzes befindliche Werkstoff entfernt wird. Es gibt die umgekehrte Möglichkeit,
auf der Metallelektrode das Rasternetz zu erzeugen oder aufzubauen. Als hierzu geeignetes Verfahren
bietet sich das Aufdampfen an. Es sind bereits im Vakuum durchzuführende Bedampfungsverfahren
im einzelnen vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe es möglich ist, die den Zwischenräumen eines
Rasternetzes entsprechenden Ausnehmungen in dünnen Schichten oder die den Stegen eines Rasternetzes
entsprechenden Aufbauten in dünner Schicht zu erzeugen. Durch Bedampfungsverfahren kann
man außerdem die Metallelektrode mit oder ohne im gleichen Vakuum erfolgende Erzeugung des
Rasternetzes herstellen, ohne daß gleichwertige Verfahren, wie Aufstäuben, Hestellung im Wege
der Kathodenzerstäubung oder Erzeugen der Schichten und Stege durch chemische oder thermische
Prozesse, ausgeschlossen wären.
In weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens können Vorteile dadurch erzielt wenden,
daß auf der dem einfallenden Licht zugewandten Begrenzungsfläche der Metallelektrode wenigstens
in einem den Zwischenräumen zwischen den Rasterstegen entsprechenden Ausmaß eine mindestens aus
einem Dielektrikum bestehende Schicht erzeugt wird, deren Brechzahl so gewählt und 'deren Dicke
so eingestellt sind, daß an der Grenzfläche zwischen Luft und Dielektrikum sowie an der Grenzfläche..^
zwischen Dielektrikum und Metallelektrode reflektierte Amplituden einfallenden Lichtes sich für eine
in der Mitte des Ubertragungsbereieib.es liegende
Frequenz ganz oder größtenteils aufheben. Das kann erreicht werden, indem die Dicke des Dielektrikums
auf ein Viertel der Wellenlänge einfallenden Lichtes von einer in der Mitte des Übertragungsbereidhes
liegenden Frequenz oder auf ein ungerades Vielfache dieses Wertes bemessen wird.
Geeignete Brechzahlen weisen dabei Stoffe auf, die als chemisch und mechanisch widerstandsfähige
Dielektriken anzusprechen sindyJDas gilt bespielsweise
für Metalloxydie/^J^^nTcimimdioxyd (,SiO2);
in Betracht kommt auch Silieiummonoxyd (SiO). Zu nennen sind weiter die Metallsulfide wie beispielsweise
Zinksulfide (ZnS). Brauchbar sind auch die Metallfluoride wie beispielsweise Magnesiumfluorid
(Mg1E). Schließlich sind auch noch die Phosphide und ähnliche Verbindungen zwischen
Metallen, Metalloiden bzw. Gasen zu nennen. Naturgemäß ist es auch möglich, derartige Dielektriken,
die auch aus Mischungen verschiedener Oxyde, verschiedener Sulfide, verschiedener Fluoride
usw. oder aus 'Mischungen zwischen Oxyden und Sulfiden, Oxyden und Fluoriden u. dgl. bestehen
können, außer auf den zwischen den Rasterstegen liegenden freien Flächen der Metallelektrode auch
auf den Rasterstegen selbst anzuordnen. Dadurch erreicht man nicht nur durch vollständige oder
nahezu vollständige Beseitigung der Reflexion einen erhöhten Wirkungsgrad des Wandlers,
sondern man kann zum Aufbau des Rasters auch Werkstoffe verwenden, deren Beständigkeit gegenüber
der Atmosphäre nicht so groß ist wie diejenige der Edelmetalle, aus denen man bisher die Metallelektroden
herstellen mußte. Dadurch nämlich, daß chemisch und mechanisch widerstandsfähige,
reflexionsvermindernde oder reflexionsbeseitigende Schichten aus Dielektriken Metallelektrode und
gegebenenfalls auch das Raster schützen, können nunmehr elektrisch gut leitende Metalle, wie
Kupfer oder Kupferlegierungen, zur Anwendung kommen, wenn man statt des früher üblichen
Goldes nicht Silber zum Aufbau der Elektrode und/oder des Rasters verwendet.
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE:I. Optisch-elektrischer Wandler mit mindestens einer lichtdurchlässigen Metallelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einer dünnen, lichtdurchlässigen Metallschicht und einem über ihr zum einfallenden Licht zu angeordneten Raster besteht, dessen Stege elektrisch gut leitend und in leitender Verbindung mit der Metallschicht sind.•2. Optisch-elektrischer Wandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Raster ein Kreuzraster ist, dessen quer zueinander gerichtete Stege elektrisch leitend miteinander verbunden sind.3. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche ί bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die zwischenden Rasterstegen liegenden Teile der lichtdurchlässigen Metallschicht auf der dem einfallenden Licht zugewandten Begrenzungsfläche mit wenigstens einer dielektrischen, lichtdurchlässigen Schicht überzogen sind, deren Dicke und deren Brechzahl so eingestellt sind, daß an den Grenzflächen zwischen Deckschicht und angrenzender Luft einerseits und zwischen Deckschicht und Metallschicht andererseits reflektierte Amplituden einfallenden Lichtes sich für eine in der Mitte des Übertragungsbereidhes. liegende Frequenz durch Interferenz gegenseitig völlig oder nahezu aufheben.4. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Dielektrikum eine Dicke aufweist, die gleich ist einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge einfallenden Lichtes von annähernd in der •Mitte des Übertragungsbereiches liegender Frequenz.5. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Gold besteht.6. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche ;i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Silber besteht.7. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Kupfer besteht oder Kupfer enthält.8. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Gold besteht.9. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche -i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Silber besteht.ao. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Kupfer besteht.id. Optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis >i'o·, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens die zwischen den Rasterstegen liegenden Metallelektrodenteile abkleidende Deckschicht aus einem mechanisch und chemisch widerstandsfähigen Dielektrikum besteht.12. Verfahren zur Herstellung optisch-elektrischer Wandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis κι, dadurch gekennzeichnet, daß auf der lichtdurchlässigen Metallelektrode ■des Wandlers ein elektrisch leitendes Rasternetz erzeugt und mit der Metallelektrode elektrisch leitend verbunden wird.113. Verfahren nach Anspruch .'12, dadurch gekennzeichnet, daß Metallelektrode und Rasternetz mittels derselben metallischen Komponente hergestellt werden.'I4. Verfahren nach* den Ansprächen 12 oder ■13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bildung der lichtdurchlässigen Metallelektrode des Rasternetzes dienenden Metallschicht das Rasternetz dadurch erzeugt wird, daß Metall in einem den Rasterzwischenräumen entsprechenden Ausmaß entfernt wird.15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellung des Rasters dienender Werkstoff durch Aufdampfen im Vakuum und Niederschlagen des Metalls aufgebracht wird.16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche Ί2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Elektrode durch Verdampfen von Metall im Vakuum und Niederschlagen des Metalls aufgebracht wird.17. Verfahren nach den Ansprüchen '13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung der lichtdurchlässigen Elektrode und des Rasters dienende Metall durch Verdampfen desselben im Vakuum und Niederschlagen dieses Metalls in einer der Elektroden- ,und Rasterdicke entsprechenden' Stärke aufgebracht wird.18. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspräche ,B2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, da/ß auf der dem einfallenden Licht zugewandten Begrenzungsfläche der Metallelektrode wenigstens in einem den Zwischenräumen zwischen den Rasterstegen/ entsprechenden Ausmaß eine mindestens aus einem Dielektrikum bestehende Schicht erzeugt wird, deren Brechzahl so gewählt und deren Dicke so eingestellt werden, daß an der Grenzfläche zwischen Luft und Dielektrikum sowie an der Grenzfläche zwischen Dielektrikum und 'Metallelektrode reflektierte Amplituden einfallenden Lichtes sich für eine in der Mitte des Übertragungsbereiches liegende Frequenz ganz oder größtenteils aufheben.19. Verfahren nach Anspruch >l8, dadurch gekennzeichnet,- daß die Dicke des Dielektrikums auf ein Viertel der Wellenlänge einfallenden Lichtes von einer in der Mitte des Übertragungsbereiches liegenden Frequenz odier auf ein ungerades Vielfache dieses Wertes bemessen wird.20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß chemisch und mechanisch Widerstandsfähige Dielektriken auf die Metallelektrode aufgebracht werden.21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß MetaMoxyde aufgebracht werden.22. Verfahren nach einem oder mehreren der' Anspräche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Metallsulfide aufgebracht wenden.23. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspräche 18 bis 22, 'dadurch gekennzeichnet, daß Metallfhioride aufgebracht werden.24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche n8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Metallphosphide aufgebracht werden.25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche ·ΐ'2. bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Dielektriken auch auf den dem einfallenden Licht zugewandten Begrenzungsflächen der Rasterstege aufgebracht wird.26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode aus Gold erzeugt wird.27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die'Metallelektrode aus Silber erzeugt wird.28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode aus Kupfer oder Kupfer enthaltenden Legierungen erzeugt wird.129. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Gold erzeugt wird.30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Silber erzeugt wird.31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche ΊΏ bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasternetz aus Kupfer oder Kupfer enthaltenden Legierungen erzeugt wird.5389 9.53
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| US5060805A (en) * | 1989-06-20 | 1991-10-29 | Ebara Research Co., Ltd. | Photoelectron emitting member |
-
1950
- 1950-09-23 CH CH294869D patent/CH294869A/de unknown
- 1950-09-23 CH CH301353D patent/CH301353A/de unknown
-
1951
- 1951-09-18 DE DEV3748A patent/DE889814C/de not_active Expired
- 1951-09-24 GB GB22327/51A patent/GB708449A/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1044298B (de) * | 1952-04-29 | 1958-11-20 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Photoelement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB708449A (en) | 1954-05-05 |
| CH294869A (de) | 1953-11-30 |
| CH301353A (de) | 1954-08-31 |
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