СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ PIN-ФОТОДИОДНОЙ МИШЕНИ ВИДИКОНА Советский патент 1995 года по МПК H01J29/45 

Изобретение относится к производству телевизионных передающих трубок типа видикон, предназначенных для работы в красном канале трехтрубочных телевизионных камер, преимущественно репортажных, в частности к изготовлению мишеней этих видиконов методом термического напыления.

Цель изобретения повышение выхода годных приборов для красного канала трехтрубочных телевизионных камер, преимущественно репортажных, за счет повышения фоточувствительности в спектральной области 600-700 нм, уменьшения остаточных изображений и повышения электрической прочности мишени.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления pin-фотодиодной мишени, включающем испарение в смеси кислорода и паров воды материала на основе окиси свинца, содержащего углеродсодержащие примеси, галогены и свинцовый сурик, и обработку его сероводородом и ионной бомбардировкой в кислороде, для термического испарения используют материал, содержащий от 5 ˙ 10^-3 до 2,5 ˙ 10^-2 мас. галогенов, не более 1,5 ˙ 10^-4 мас. углеводородов и свинцовый сурик в количестве, удовлетворяющем соотношению:
С_сур ≥ 12,3 ˙ С_гал + 2 ˙ 10⁴С_ув, (1) но не более 15 мас. где С_сур концентрация сурика, мас.

С_гал концентрация галогенов, мас.

Сув концентрация углеводородов, способных выделяться при нагревании этого материала в вакууме от 700 до 900^оС.

Если концентрация галогенов, углеводородных примесей и свинцового сурика удовлетворяет приведенному выше уравнению и дополнительным граничным условиям, то обеспечивается получение высокого выхода годных приборов для красного сигнала за счет малых потерь, связанных с недостаточной фоточувствительностью в области 600-700 нм, выжиганием и белыми пятнами (см. таблицу, примеры 1, 4-6). При нарушении указанного соотношения выход годных приборов резко снижается. При этом в зависимости от того, в какую сторону нарушается соотношение, возрастает тот или иной вид брака.

На фиг. 1 приведена микрофотография поверхности мишени; на фиг. 2 схематическое изображение разреза мишени; на фиг. 3 графики функций С_сур k k для предельных значений k 150 (1) и k 300 (2) и С_сур 12,3 ˙ С_гал + 2 ˙ 10⁴С_ув для предельной концентрации галогенов С_гал 2,5 ˙ 10^-2 мас. (3). Повышение выхода годных приборов для работы в красном канале приборов в данном способе изготовления мишени достигается за счет реализации оптимального распределения напряженности электрического поля по толщине мишени, что удалось осуществить в результате уточнения существующих представлений о кристаллической структуре мишени. Принято считать, что слои окиси свинца, использующиеся в качестве мишеней видиконов, состоят из длинных плоских кристаллитов, ориентированных перпендикулярно подложке. Длина кристаллитов (10-15 мкм) совпадает с толщиной слоя, ширина в среднем 0,5 мкм, а толщина, как видно из микрофотографии (см. фиг. 1), не превышает 0,1 мкм. Другие методы дают значения толщины от 5 до 16 нм.

Однако ряд экспериментальных данных (сопоставление пористости мишени с плотностью заполнения поверхности, измерение оптического поглощения мишеней после обработки сероводородом, изучение кристаллической структуры мишени после химического и ионного травления) позволяет утверждать, что внутри мишени имеется плотная, непроницаемая для сероводорода прослойка. Толщина ее в зависимости от режима напыления мишени составляет 60-90% от толщины мишени. Наличие этой прослойки приводит к резкой неравномерности свойств мишени по толщине.

Схематическое изображение разреза мишени приведено на фиг. 2. На стеклянную подложку 1 с прозрачным проводящим покрытием 2 нанесен фотопроводящий слой, состоящий из плотной прослойки 3 и выступающих на ней кристаллитов 4 и 5 (обработанная сероводородом поверхность слоя).

В прототипе после напыления, но до сероводородной и газоразрядной обработок, мишень имеет собственный тип проводимости. Исключение составляют открытые в вакуум поверхности плотной прослойки и выступающих над ней кристаллитов, тип проводимости которых несколько смещен к электронному за счет десорбции кислорода. В результате обработки мишени сероводородом все открытые в вакуум поверхности приобретают фоточувствительность в области спектра с длиной волны более 630 нм, а все пограничные с поверхностью области становятся более электронными, причем в тонких высокоомных кристаллитах это изменение распространяется на всю толщину кристаллита (J. Van. den Brock, "Phil. Res. Pepts", 1967, c. 22, N 1, p. 36). При газоразрядной обработке мишени в кислороде прочная прослойка образуется только на поверхностях, расположенных нормально к потоку ионов, т.е. на поверхности плотной прослойки и на верхних торцах кристаллитов. Таким образом, боковые поверхности и внутренние области кристаллов после проведения сероводородной и газоразрядной обработок остаются более электронными, чем внутренняя область плотной прослойки. Поэтому напряжение тянущего электрического поля в плотной прослойке при работе видикона будет выше, чем в выступающих над ней кристаллитах.

Следствием этого является снижение эффективности разделения электронно-дырочных пар, создаваемых светом внутри кристаллитов, и появление заметного эффекта прилипания носителей тока. К тому же тянущее электрическое поле внутри кристаллов сильно ослабляется за счет экранирования подложки зарядом электронов на поверхности полной прослойки после ее сканирования электронным лучом. Именно эти эффекты приводят к появлению остаточных изображений, недостаточной фоточувствительности к свету с длиной волны более 630 нм, в ряде случаев к полной потере фоточувствительности в этой области по мере наработки за счет дальнейшей десорбции кислорода. Появление белых пятен на неосвещенной мишени связано, по-видимому, с локальными дефектами кристаллической структуры, сильнее проявляющимися в условиях неравномерного распределения напряженности электрического поля по толщине мишени.

Для получения стабильной и достаточно высокой фоточувствительности в интересующей нас области спектра и отсутствия остаточных изображений необходимо, чтобы напряженность поля внутри кристаллитов была несколько выше, чем в плотной прослойке. В предлагаемом способе изготовления мишени за счет уменьшенной, по сравнению с прототипом, концентрации галогенов и некоторого превышения минимальной концентрации сурика, допускаемой формулой (2), над его минимальной концентрацией, соответствующей формуле (1) (см. фиг. 3), слой после напыления имеет небольшую дырочную проводимость (см. фиг. 2). После обработки мишени сероводородом внутренние области кристаллитов приобретают собственный тип проводимости, а затем газоразрядная обработка мишени создает тонкую p-прослойку на поверхности плотной прослойки и на верхних торцах кристаллитов. При таком способе напыления реализуется оптимальное для работы в красном канале распределение напряженности электрического поля по толщине мишени.

Минимальная концентрация сурика в исходном веществе согласована не только с концентрацией углеводородов, но и с концентрацией галогенов, что позволяет сохранить избыточную дырочную проводимость плотной прослойки мишени во всем рассматриваемом диапазоне концентрации галогенов. Таким образом, приведенное соотношение (2) между концентрациями в оксиде свинца галогенов, сурика и углеводородов, а также граничные условия являются существенными признаками изобретения, обеспечивающими достижение положительного эффекта повышения выхода годных приборов за счет повышения фоточувствительности в спектральной области 600-700 нм, уменьшения остаточных изображений и повышения электрической прочности мишени.

Примеры выполнения способа.

Способ был реализован в приборах ЛИ-488 на Установках изготовления глетиконов (УИГ-1). Исходное вещество, содержащее углеродсодержащие примеси с известной концентрацией и введенные в него сурик и хлор, загружали в платиновый тигель. После откачки камеры и обезгаживания подложки проводили испарение рабочего вещества в смеси паров воды и кислорода при парциальных давлениях 0,2-0,4 Па и 0,5-0,8 Па соответственно на подложку с температурой 120-135^оС. Испарение проводили при температуре испарителя 890-930^оС. Толщина напыленного слоя 10-14 мкм. Напыленный слой охлаждали до 40-60^оС, после чего проводили обработки: сероводородную с дозой 5-8 тор ˙ с и газоразрядную в тлеющем разряде в кислороде с дозой 15-25 мкА/см². Вслед за обработками мишень прогревали в вакууме 10-30 мин при температуре 80-110^оС.

Готовую мишень сочленяли в вакууме с обезгаженной электронно-оптической системой. Изготовленные приборы тренировали в рабочем режиме в течение 100-150 ч, после чего проводили их испытание на соответствие ОДО.335.604ТУ.

В таблице приведен выход приборов, соответствующих ТУ по светотехническим параметрам. Товарный выход годных приборов ниже приведенных значений за счет брака, связанного с качеством электронно-оптических систем и уровнем электронной гигиены при изготовлении приборов.

Однако, если до применения предлагаемого способа изготовления мишени товарный выход годных приборов лимитировался браком, связанным со светотехническими параметрами (недостаточной фоточувствительностью, выжиганием, белыми пятнами в темноте), то после применения предлагаемого способа изготовления мишени выход годных лимитируется почти полностью уровнем электронной гигиены. Испытания на долговечность, проведенные на партии приборов с мишенями, изготовленными предлагаемым способом, показали, что долговечность соответствует ТУ и превышает 1000 ч.

В качестве характеристики выполнения формулы (2) в таблице приведена величина относительного избытка (или дефицита) сурика в каждой пробе по отношению к минимально необходимому содержанию сурика, определяемому формулой
· 100 (2) где С_сур фактическое содержание сурика в исходном веществе для данной пробы, мас.

С_{сур.мин} минимальное содержание сурика, допускаемое формулой (2) для фактического содержания галогенов и углеводородов в исходном веществе данной пробы, мас.

Результаты испытаний приборов приведены в таблице, из которой видно, что максимальный выход годных приборов достигается при выполнении формулы (2), т.е. при избытке сурика и содержании хлора менее 3 мас. (см. примеры 1-6).

Нижний предел оптимального содержания хлора определяется точностью метода анализа и составляет 5 ˙ 10^-3 мас. Нижний предел содержания углеводородов также определяется точностью анализа и составляет 5 ˙ 10^-6 мас. При концентрации углеводородов выше 1,5 ˙ 10^-4 мас. и выполнении формулы (2) выход приборов уменьшается (см. пример 2), поэтому 1,5 ˙ 10^-4 мас. можно считать пределом содержания углеводородов.

Минимальная необходимая концентрация сурика определяется формулой (2): при дефиците сурика (см. примеры 3, 7, 8 и 13) во всех случаях выход минимален.

Максимально допустимая концентрация сурика составляет 14-15 мас. так как при больших концентрациях сурика испарение окиси свинца происходит с бурным газоотделением, что приводит к резкому ухудшению качества фона изображения.

Результаты, аналогичные вышеприведенным, были получены при замене в отдельных пробах хлора на бром. Это свидетельствует о возможности применения других галогенов в предлагаемом способе изготовления pin-фотодиодной мишени.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа изготовления мишеней видиконов заключаются в повышении выхода годных приборов для красного канала трехтрубочных телевизионных камер за счет повышения фоточувствительности в спектральной области 600-700 нм, уменьшения остаточных изображений и повышения электрической прочности мишени. Реализация предлагаемого способа в производстве других типов видиконов c pin-фотодиодной мишенью из окиси свинца, например видиконов для студийных камер цветного вещания, должна улучшить качество приборов для красного канала и также повысить выход годных приборов, что принесет дополнительный экономический эффект.

Использование: в производстве телевизионных передающих трубок типа видикон, предназначенных для работы в красном канале трехтрубочных телевизионных камер, преимущественно репортажных, в частности при изготовлении окисносвинцовых мишеней этих видиконов. Целью изобретения является повышение выхода годных приборов за счет повышения чувствительности в спектральной области 600-700 нм, определяющей качество цветопередачи, уменьшения остаточных изображений и повышения электрической прочности мишеней. Сущность изобретения: способ включает термическое испарение в смеси кислорода и паров воды материала на основе окиси свинца, содержащего галогены, свинцовый сурик и углеродсодержащие примеси, и последующие обработки полученного слоя сероводородом и ионами кислорода, причем минимальная концентрация сурика связана определенным соотношением с концентрацией галогенов и углеродсодержащих примесей. 3 ил., 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ PIN-ФОТОДИОДНОЙ МИШЕНИ ВИДИКОНА для красного канала трехтрубочных телевизионных камер, включающий испарение в смеси кислорода и паров воды материала на основе окиси свинца, содержащего углеводородные примеси, галогены и свинцовый сурик, и обработку его сероводородом и ионной бомбардировкой в кислороде, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет повышения фоточувствительности в спектральной области 600-700 нм, уменьшения остаточных изображений и повышения электрической прочности мишени, используют материал на основе окиси свинца со следующим содержанием примесей, мас.

Галогены (C_гал<Mv>) 5 · 10^-3 25 · 10^-2
Углеводороды (C_ув<Mv>) Не более 1,5 · 10^-4
Свинцовый сурик (12,3 С_гал + 2 · 10⁴ C_ув)-15