ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МАТРИЦА ВАКУУМНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к конструкции твердотельных матриц вакуумных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) электромагнитного излучения на основе внутреннего фотоэффекта (передающие телевизионные трубки) и на основе внешнего фотоэффекта (электронно-оптические преобразователи (ЭОП)) и может быть использовано при изготовлении указанных матриц.

Известны твердотельные матрицы передающих телевизионных трубок, так называемые «мишени» из кремния, содержащие совокупность фотодиодов, либо фототранзисторов, либо p-i-n диодов и предназначенные для передающих телевизионных трубок, поверхность которых, сканируемая электронными лучом, покрыта резистивным слоем селенида сурьмы (см., например, патент Англии N1.286.231, кл. H1D/HOI 29/44, приоритет 7/1 - 69 г., фирма "Bkyo Shibaura Electronic Co").

Резистивный слой предназначен для уменьшения зарядки поверхности мишени электронами сканирующего пучка.

Недостаток резистивного слоя из селенида сурьмы заключается в том, что весьма проблематично управлять величиной его удельного сопротивления в процессе нанесения. Другой недостаток - частичное испарение слоя в процессе технологических прогревов матрицы.

В качестве прототипа предлагаемой конструкции выбрана конструкция твердотельной матрицы мозаичной мишени телевизионной передающей трубки, в которой резистивный слой, предназначенный для "стекания" электронов, выполнен из соединений кадмия (см. патент Англии N1.291.031 от 5.01.71 г. кл. H1D (HOI 29/44)). Использование в качестве материала для резистивного слоя соединений кадмия улучшает стойкость резистивного слоя к технологическим прогревам, проблема же по управлению величиной удельного сопротивления слоя остается. Дело в том, что резистивный слой должен, с одной стороны, обеспечивать «стекание» электронов за время кадра, а, с другой стороны, быть достаточно высокоомным, чтобы не закоротить соседние элементы матрицы. Расчет, подтвержденный многолетней практикой изготовления мишеней передающих телевизионных трубок, показывает что для реально используемых времен кадра, близких к телевизионному стандарту - 25 кадров в секунду - и шаге матрицы порядка 10 мкм, величина удельного сопротивления составляет (1-5)·10⁸ Ом·см. При этом толщина слоя порядка 0,1 мкм.

При таких характеристиках резистивного слоя возникает дополнительное поперечное (ортогонально поверхности) падение напряжения на элементе мишени порядка единиц и даже десятков вольт, ухудшающее параметры тока сигнала. Полностью устранить зарядку поверхности мишени при столь высокоомном слое не удается, а снизить величину сопротивления нельзя из-за опасности закорачивания соседних элементов и потери разрешающей способности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкций твердотельной матрицы для вакуумных ФЭП, в которых резистивный слой практически полностью устраняет зарядку поверхности матрицы электронным лучом при исключении закорачивания соседних элементов и потери разрешающей способности.

Поставленная задача решается таким образом, что резистивный слой выполнен из пленки линейно-цепочечного углерода, у которой поперечное удельное сопротивление пленки меньше продольного удельного сопротивления.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в создании твердотельной матрицы для вакуумных ФЭП, в которой реализована возможность устранения зарядки поверхности матрицы потоком электронов без потери разрешающей способности.

Новизна предложенной конструкции заключается в том, что в отличие от известных конструкций матриц в ней используется слой из линейно-цепочного углерода, у которого поперечное удельное сопротивление меньше продольного.

Рассмотрим пример реализации изобретения.

На фиг.1 приведена схема конструкции предложенной матрицы. Здесь 1 - подложка матрицы, 2 - система ячеек матрицы, 3 - разделительный диэлектрический слой, 4 - резистивный слой из линейно-цепочечного углерода.

На фиг.2 показан элемент матрицы, содержащий две соседние ячейки в сочетании с эквивалентной схемой сопротивлений резистивного слоя. Здесь R_попер.- поперечное сопротивление участка резистивного слоя над ячейкой, а R_прод. - продольное сопротивление участка резистивного слоя между ячейками.

Резистивное покрытие функционирует следующим образом. Заряд падающих на поверхность резистивного слоя электронов свободно проходит через малое сопротивление R_попер., в то же время благодаря большому сопротивлению R_прод.. соседние ячейки практически изолируются друг от друга.

В качестве макета предложенной конструкции матрицы использовалась ПЗС матрица с межстрочным переносом для ЭОП с размером ячейки 10×10 мкм. В качестве пленки для резистивного слоя использовалась пленка линейно-цепочечного углерода толщиной порядка 0,1 мкм с величиной удельного продольного сопротивления 3·10⁸ Ом·см и величиной удельного поперечного сопротивления 2·10³ Ом·см, то есть отношение продольного сопротивления к поперечному сопротивлению составило 1,5·10⁵. Величина продольного сопротивления 3·10⁸ Ом·см, как известно, обеспечивает отсутствие паразитной связи между ячейками, малое поперечное сопротивление пленки, на 5 порядков меньше продольного, обеспечило полное «стекание» заряда электронов в ячейки.

Изобретение относится к области производства вакуумных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) электромагнитного излучения, а именно - к области производства твердотельных матриц для ФЭП, и может быть использовано при изготовлении указанных матриц. Твердотельная матрица содержит совокупность ячеек, поверхность которых покрыта резистивным слоем, причем резистивный слой выполнен из пленки линейно-цепочечного углерода, поперечное удельное сопротивление которой меньше продольного удельного сопротивления. Технический результат заключается в устранении зарядки поверхности матрицы потоком электронов без потери разрешающей способности. 2 ил.

Твердотельная матрица вакуумных фотоэлектрических преобразователей электромагнитного излучения, содержащая совокупность ячеек, поверхность которых покрыта резистивным слоем, отличающаяся тем, что резистивный слой выполнен из пленки линейно-цепочечного углерода, поперечное удельное сопротивление которой меньше продольного удельного сопротивления.