NL8104893A - Kathodestraalbuis en halfgeleiderinrichting voor toepassing in een dergelijke kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

* - 4 EHN 10.180 1 N.V. Philips' Gloeilairpenfabrieken te Eindhoven.

<£ "Kathodestraalhuis en half^eiderinrichting voor toepassing in een dergelijke kathodestraalhuis".

De uitvinding betreft een inrichting voor het cpnemen of weergeven van beelden, bevattende een kathodestraalhuis met in een geevacueerde entailing een trefplaat en een half geleiderkathode met een halfgeleiderlichaam met een hoofdpppervlak waarop een eerste isolerende 5 laag met ten minste een opening is aangebracht, welk halfgeleiderlichaam ten minste een pn-overgang bevat waarbij door het aanleggen van een spanning in de keerrichting over de pn-overgang in het hal fgeleiderlichaam door lawinevermenigvuldiging elektronen kunnen worden gegenereerd die ter plaatse van de opening in de eerste isolerende 10 laag uit het halfgeleiderlichaam treden en waarbij zich op de eerste isolerende laag althans ter plaatse van de rand van de opening in deze laag tenminste een versnellingselektrode bevindt.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de op 15 januari 1981 ter visie gelegde Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470 van 15 Aanvraagster. ..

De uitvinding heeft bovendien betrekking op een inrichting voor het cpnemen of weergeven van beelden, bevattende een kathodestraal-buis met in een geevacueerde entailing een trefplaat en een halfgeleider-kathode met een halfgeleiderlichaam met aan een hoofdqppervlak een 20 p-type oppervlaktezone voerzien van ten minste twee aansluitingen waarvan althans een een injecterende aansluiting is cp een afstand van het boofdcppervlak die ten hoogste gelijk is aan de diffusie-recanbinatie-lengte van elektronen in de p-type oppervlaktezone.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het op 16 augustus 25 1976 openbaar genaakte Octrooi No. 150609 van Aanvraagster.

Daamaast heeft de uitvinding betrekking op een halfgeleider-inrichting voor toepassing in een dergelijke inrichting.

Bij een inrichting voor het cpnemen van beelden is de kathode-straalbuis een earnerabuis en is de trefplaat een f otogevoelige, bijvoor-30 beeld een fotogeleidende laag. Bij een inrichting voor het weergeven van beelden kan de kathodestraalhuis een beeldbuis zijn, terwijl de trefplaat een laag of een patroon van lijnen of punten uit fluores-cerend materiaal bevat. Een dergelijke inrichting kan ock ingericht 8 1 0 4 8 93 PHN 10.180 2 it i> zijn voor elektrcmenlithografische of elektronenmicroscopische toepassingen.

In de Nederlandse Tervisielegging No. 7905470 wordt een kathodestraalbuis getoond voorzien van een zogenaamde "koude kathode".

6 De werking van deze kathode is gebaseerd pp het uittreden van elek-tronen uit een halfgeleiderlichaam waarin een pn-overgang zodanig in de keerrichting wordt bedreven dat lawineverxnenigvuldiging van ladingsdragers optreedt. Hierbij kunnen sattnige elektronen zoveel kinetische energie verkrijgen als nodig is cm de elektronenuittree-10 potentiaal te overschrijden; deze elektronen koraen dan vrij aan het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam en leveren aldus een elektronenstroom.

Het uittreden van de elektronen wordt in de getoonde inrich-ting vergemakkelijkt door de kathode te voorzien van zogenaamde 15 versnellingselektroden qp een op het hoofdoppervlak gelegen isolerende laag, die in de isolerende laag een opening (spleetvormig, ringvormig, rond, rechthoekig) vrijlaten. Cm het uittreden van de elektronen nog verder te vergemakkelijken wordt het halfgeleideroppervlak desge-wenst voorzien van een elektronenuittreepotentjaal-verlagend materiaal, 20 zoals.bijvoorbeeld cesium.

Qmdat in de geevacueerde cmhulling toch altijd restgassen achterblijven worden door de elektronenstroom uit deze restgassen negatieve en positieve ionen vrijgemaakt. De negatieve ionen worden in de richting van de trefplaat versneld. In het geval van elektro-25 statische afbuiging kunnen ze op een klein gebied van de trefplaat vallen en deze beschadigen of zijn werking verstoren. Cm deze schade-lijke werking te voorkcmen worden ionenvallen toegepast. Een ionenval voor negatieve ionen is bijvoorbeeld bekend uit het Amerikaanse Octrooischrift No. 2.913.612.

30 Een deel van de positieve ionen begeeft zich onder invloed van in de buis heersende versnellende en focusserende velden in de richting van de kathode. Een gedeelte hiervan zal, indien geen speciale maatregelen worden gencmen, de halfgeleider treffen en deze beschadigen doordat als het ware een soort ionen-etsen plaatsvindt.

35 Dit beschadigen kan een geleidelijk afetsen inhouden van het elektronenuittreearbeid-verlagend mater iaal. Door een herverdeling of zelfs geheel verdwijnen van dit mater iaal veranderen de emissie-eigenschappen van de kathode. Indien deze laag niet aanwezig is (of 8104893 I * H3N 10.180 3 door bet bovengenoemde etsmechanisme geheel verwijderd is) kan zelfs bet hoofdoppervlak van bet halfgeleiderlichaam warden aangetast. Bij een halfgeleiderkathode, gebaseerd op lawineverrtenigviildiging van ladingdragers zoals beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage 5 No. 7905470 waarbij de emitterende pn-overgang evenwijdig aan bet hoofdoppervlak verloopt en daarvan door een dunne n-type oppervlakte-zone is gescheiden is het mogelijk dat tengevolge van dit geleidelijk etsen deze oppervlaktezone geheel verdwijnt, zodat de kathode niet langer functicneert. Bij een soorfagelijk type koude kathode, zoals 10 beschreven in de op 31 juli 1979 ter inzage gelegde Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7800987 van Aanvraagster komt de pn-overgang bloot aan het hoofdoppervlak van bet halfgeleiderlichaam. Ten gevolge van de hierboven beschreven beschadigende werking van in de elektronen-buis aansrezige positieve ionen kan bijvcorbeeld de plaats waar de pn-15 overgang aan het hoofdcppervlak vrij kcrnt veranderen. Dit veroorzaakt een instabiel emissiegedrag.

In bet tweede type kathodestraa lbais, waarbij in de half-geleiderkathode een pn-overgang in de vocrwaartsrichting wordt bedreven, de zogenaamde negatieve elektronenaffiniteit-kathode (NEA-kathode), 20 wordt eveneens het emissiegedrag beinvloed doordat weer als het ware icnen-etsen plaatsvindt. Ook hier wordt eerst de laag van elektronen-nittreearbeid-verlagend materiaal geleidelijk weggeetst. Vervolgens wordt de p-type oppervlaktezcne van de kathode aangetast totdat de kathode niet langer functioneert.

25 Het blijkt dat de hierboven genoemde processen zodanig snel kunnen cptreden dat de levensduur van met dergelijke halfgeleider-kathoden vervaardigde kathodestraalbuizen hierdoor aanzienlijk wordt verkart.

De uitvinding stelt zich ten doel een inrichting van de in de 30 aanhef genoemde scort te verschaffen waarbij deze bezwaren geheel of gedeeltelijk zijn cpgeheven doordat de positieve ionen een zodanige baan beschrijven dat zij het emitter end deel van de kathode niet of nauwelijks treffen.

Zij berust ander meer cp het inzicht dat een hiervoor benodigd 35 elektrostatisch veld op eenvoudige wijze kan worden verkregen net behnlp van een eenvoudige uitbreiding van de half geleiderkathode.

Zij berust verder cp het inzicht dat een uit het gebruik van dergelijke kathoden voortvloeiende scheve plaatsing van de kathode ten 8104893 *' ί ΡΗΝ 10.180 4 opzichte van de as van de kathodestraalbuis niet of nauwelijks van invloed is op de maakbaarheid van de kathodestraalbuis.

Voorts berust zij pp het inzicht dat toepassing van een dergelijke kathode in coribinatie met conventionele elektrostatische 5 afbuigmiddelen leidt tot een zeer eenvoudige constructie van de kathodestraalbuis.

Het eerstgenoemde type inrichting volgens de uitvin- ding (voorzien van een halfgeleiderkathode waarvan de pnrovergang in de keerrichting wordt bedreven) heeft het kenmerk dat het half-10 geleiderlichaam althans gedeeltelijk bedekt is met een tweede elektrisch isolerende laag die de opening in de eerste isolerende laag vrijlaat en waarop zich tenminste twee afbuigelektroden voor het opwekken van een dipoolveld bevinden. ‘

Het zal duidelijk zijn dat bij "dipool" niet aan een strikt 15 mathematische dipool gedacht meet worden. Met een dipoolveld wordt in dit verband het elektrisch veld bedoeld dat optreedt tussen twee elektroden die op verschillende spanningen zijn gebracht.

Door deze maatregel is het mogelijk in de nabijheid van de halfgeleiderkathode een elektrisch veld te creeren waarin de genoemde 20 positieve ionen het emitterend oppervlak van het hoofdgeleiderlichaam niet of nauwelijks bereiken. In het algemeen worden deze ionen op enige afstand van de halfgeleiderkathode in de vacuuiribuis gegenereerd/ bij voorbeeld doordat elektronen na in het hoogspanningsgedeelte voldoende energie te hebben verkregen interacties ondergaan met in de buis achter-25 gebleven restgassen. Wanneer deze ionen het door de afbuigelektroden gegenereerde elektrische veld bereiken hebben zij daardoor een hogere kinetische energie dan de elektronen die aan het oppervlak. van het half-geleiderlichaam vrijkcmen. Door dit verschil in kinetische energie tussen de positieve ionen en de uittredende elektronen bewegen de 30 positieve ionen zich langs geheel andere banen dan de in de kathode gegenereerde elektronen. Het actieve oppervlak van de kathode onder-vindt daardoor praktisch geen schadelijke invloed van de positieve ionen.

Het tweede type inrichting: volgens de uitvinding, 35 uitgerust met zogenaamde "negatieve elektronenaff initeit"-kathoden heeft het kenmerk, dat het hoofdoppervlak althans gedeeltelijk bedekt is met een elektrisch isolerende laag die althans een deel van de p-type oppervlaktezone vrij laat en waarop zich ten minste twee afbuig- 8104893 » % PHN 10.180 5 elektroden voor het opwekken van een dipoolveld bevinden.

Voor een dergelijke inrichting gelden weer dezelfde voordelen als hierboven bespraken in verband met het eerste type inrichting.

5 Een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de normaal van het halfgeleider-lichaam en de as van de kathodestraalbuis elkaar onder een scherpe hoek snijden.

De schuine cpstelling van de kathode ten qpzichte van de 10 anode, die hiervan een gevolg is, heeft nauwelijks invloed cp de gegenereerde elektronenbundel. Het blijkt dat de potentiaallijnen van het door de afbuigelektroden opgewekt elektrisch veld al spoedig evenwijdig aan de anode (heeldschenn, trefplaat) gaan lopen. De uittredende fcundel kan daardoor op eenvoudige wijze ten opzichte van 15 de as van de kathodestraalbuis warden uitgericht. Deze bundel kan dan cp algemeen bekende wijze met behulp van elektrcnenoptiek worden bestuurd.

Een andere voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de kathode excentrisch 20 ten qpzichte van de as van de kathodestraalbuis is aangebracht met zijn hoofdqppervlak praktisch loodrecht cp de asrichting van de kathodestraalbuis terwijl de kathodestraalbuis elektronenqptische afbuigmiddelen bevat cm een door de kathode gegenereerde en door de afbuigelektroden afgebogen elektronenbundel zodanig af te buigen dat 25 deze zich daama langs de as van de kathodestraalbuis beweegt.

Deze uitvoering heeft het vocrdeel dat de kathode qp eenvoudige wijze in de eindwand van de kathodestraalbuis kan worden bevestigd.

Voor de te gebruiken halfgeleiderkathoden bestaan diverse 30 mogelijkheden. Zo kan bijvoorbeeld een kathode als hierboven beschreven, gebaseerd op lawinedoorslag van een pn-overgang worden gebruikt. Een eerste type van deze halfgeleiderkathode heeft het kenmerk dat de pn-overgang althans binnen de opening in de eerste isolerende laag in hoofdzaak evenwijdig locpt aan het hoofdqppervlak van het halfgeleider-35 lichaam en binnen de opening plaatselijk een lagere doorslagspanning vertoont dan het overige deel van de pn-overgang waarbij het deel van de pn-overgang met lagere doorslagspanning van het hoofdqppervlak gescheiden is door een n-type halfgeleiderzone met een zodanige 8104893 PHN 10.180 6 dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de uitputtingszone van de pn-overgang zich niet tot aan bet oppervlak uitstrekt doch daarvan gescheiden blijft door een oppervlaktelaag die voldoende dun is an de gegenereerde elektronen door te laten.

5 Een tweede type halfgeleiderkathode gebaseerd pp lawinedoor- slag en geschikt voor toepassing in een katbodestraaltais volgens de uitvinding wordt hierdoor gekennierkt dat althans in de bedrijfstoe-stand tenminste een gedeelte van de bij de pn-overgang behorende uitputtingslaag vrijkant aan het halfgeleiderqppervlak binnen de 10 opening in de eerste isolerende laag.

Daamaast is ook het gebruik van andere half geleiderkathoden, zoals de hierboven reeds genoerade negatieve elektronenaffiniteit-kathode mogelijk.

De uitvinding zal thans nader verklaard worden aan de hand 15 van enkele uitvoeringsvoorbeeldan en de tekening, waarin

Figuur 1 schematisch een opneembuis toont net een kathode-straalbuis volgens de uitvinding,

Figuur 2 schematisch een weergeefbuis toont net een kathodestraalbuis volgens de uitvinding, 20 Figuur 3 schematisch een bovenaanzicht toont van een halfge- leiderkathode voor toepassing in een kathodestraalbuis volgens de uitvinding, terwijl

Figuur 4 schematisch een dwarsdoorsnede toont langs de * lijn IV-IV in Figuur 1, 25 Figuur 5 schematisch het verloqp van de potentiaallijnen toont, zoals deze in de gehraikstoestand warden opgewekt door spanningen op de versnellingselektroden en de afbuigelektroden, terwijl

Figuur 6 schematisch in dwarsdoorsnede een andere halfge-leiderkathode toont, en 30 Figuur 7 schematisch in dwarsdoorsnede nog weer een andere halfgeleiderkathode toont voor toepassing in een kathodestraalbuis volgens de uitvinding.

De figuren zijn niet cp schaal getekend waarbij ter wille van de duidelijkheid, in de dwarsdoorsneden in het bijzonder de 35 afimetingen in de dikterichting sterk zijn over dr even. Halfgeleiderzones van hetzelfde geleidingstype zijn in het algemeen in dezelfde richting gearceerd; in de figuren zijn overeenkgmstige delen in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

8104893 HJN 10.180 7

Figuur 1 toant schematised een kathodestraalbuis 1 volgens de ultvlnding voar toepassing in een qpneeminrictoting. De cpneembuis 1 bevat in een hermetisch afgesloten vacuumbuis 2 een fotogeleidende trefplaat 3 en een schermrooster 4. De trefplaat 3 wordt tijdens bet 5 gebruik afgetast met behulp van een door een halfgeleiderkatbode 20 opgewekte elektronenbundel 10. Cfii deze bundel af te kunnen buigen is de cpneenibuis 1 verder nog voorzien van een spoelenstelsel 5.

Een cp te nenen beeld wordt met behulp van de leis 6 op de trefplaat 3 geproj ecteerd, waarbij de eindward 7 van de vacuumbuis 10 2 voar straling doorlatend is. Ten behoeve van elektrische aansluitingen is de eindwand 8 van de vacuumbuis 2 voorzien van doorvoeren 9. In dit voorbeeld is de halfgeleiderkatbode 20 schuin ten cpzichte van de eindwand 8 gemonteerd. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door afmontage op een wigvarmige bodenplaat.

15 De hoek ot tussen de normaal 11 van bet boofdcppervlak 21 van de kathode 20 en de as 12 van de kathodestraalbuis 1 bedraagt in dit voorbeeld 45°. Afhankelijk van de gehruikte spanningen en de gecmetrie van de elektroden van de halfgeleiderkatbode kan hiervoor een andere boek warden gekozen.

20 De halfgeleiderkatbode 20 waarvan de opbouw nog nader zal warden bespraken is voorzien van twee afbuigelektroden 32/33. Deze afbuigelektroden zijn door een elektrisch isolerende laag van bijvoorbeeld siliciumoxyde gescheiden van het overige deel van de halfgeleiderkatbode. Bij bet aanbrengen van van elkaar verschillende potentialen 25 cp deze afbuigelektroden 32, 33 zal het hierdoor opgewekte elektrisch veld de baan van de elektronen die vanaf het hoofdoppervlak 21 het ha.Ifgeleiderlichaam verlaten, afbuigen. Indien de elektrode 32 zoals in het onderhavige voorbeeld positief is ten cpzichte van de elektrode 31, zal de uittredende elektronenbundel 10 afgebogen worden in de 30 richting van de afbuigelektrcde 32.

Gebleken is dat bij een geschikte keuze van de hoek en van de potentialen cp de afbuigelektroden 32, 33 de bijbehorende eguipoten-tiaallijnen qp een geringe afstand van de kathode evenwijdig aan de eindwand 7 van de vacuumbuis 2 verlcpen. Door een juiste plaatsing van 35 de halfgeleiderkatbode 20 ten opzichte van de as 12 van de kathodestraalbuis is het zodoende mogelijk de bundel 10 langs deze as 12 te centreren voordat deze de invloed van het spoelenstelsel 5 ondervindt.

De opneembuis bevat verder een rooster 18, dat als diafragma fungeert.

8104893 * * PHN 10.180 8

In Figuur 2 is een kathodestraalbuis 1 afgebeeld die als weergeefbuis fungeert. De hermetisch afgesloten vacuumbuis 2 loopt trechtervormig uit, waarbij de eindwand 7 aan zijn binnenzijde bedekt is met een fluorescerend scherm 17. De buis bevat voorts focusserings-5 elektroden 13, 14 en afbaigplaten 15,16. De elektronenbundel 10 wordt opgewekt in een halfgeleiderkathode 20 die, hetzij direct, hetzij met behulp van een holder op de eindwand 8 van de buis is gemonteerd. Elektrische aansluitingen van de kathode warden weer via doorvoeren 9 naar buiten gevoerd.

10 De halfgeleiderkathode 20 is in dit voorbeeld excentrisch qp de eindwand 8 van de buis 2 gemonteerd. Een uittredende elektroden-bundel 10 wordt door het door de qp de afbuigelektroden 32 en 33 aangelegde spanningen qpgewekte elektrisch veld afgebogen in de richting van de as 12 van de kathodestraalbuis. Vervolgens wordt de 15 elektronenbundel met behulp van een magnetisch veld zodanig terugge-bogen dat deze zich praktisch langs de as van de kathodestraalbuis beweegt. Daama wordt de bundel 10, na met behulp van de focusserings-elektroden 13, 14 te zijn gefocusseerd, verder bestuurd met behulp van de afbuigplaten 15, 16. De kathodestraalbuis is verder weer voor-20 zien van een rooster 18 (diafragma).

Het magnetisch veld dat de elektronenbundel terugbuigt kan onder meer worden opgewekt met behulp van spoelen, in Figuur 2 schematisch aangegeven door middel. van de cirkelvormige streeplijn 19.

De spoelen kunnen naar keuze binnen of buiten de buis 2 gemonteerd 25 warden. Bij montage aan de binnenkant van de buis 2 warden de aansluitingen voor deze spoelen eveneens via doorvoeren 9 in de eindwand 8 van elektrische aansluitingen voorzien.

De gebruikte halfgeleiderkathode is weergegeven in de Figuren 3 en 4. Deze bevat een halfgeleiderlichaam 35 in dit voorbeeld 30 van silicium. Dit bevat een aan het hoofdoppervlak 21 van het halfgeleiderlichaam gegenereerd n-type oppervlaktegebied 22 dat met een p-type gebied 23 de pn-overgang 24 vormt. Door aanleggen van een voldoend hoge spanning in de keerrichting over deze pn-overgang 24 warden door lawine-vermenigvuldiging elektronen gegenereerd die uit het halfgeleider-35 lichaam kunnen treden. Dit is in de figuren weergegeven met behulp van pijlen 10.

De halfgeleiderinrichting is verder nog voorzien van een niet getoonde aansluitelektrode waarmee het n-type oppervlaktegebied 22 8104893 PHN 10.180 9 wardt gecontacteerd. Het p-type gebied 23 is in dit voorbeeld aan de anderzijde gecontacteerd door een metallisatielaag 26. Deze contac-tering vindt bij voorkeur plaats via een hooggedoteerde p-type contactzone 25.

5 In het voorbeeld van Figuur 3 is de dcnorconcentratie in 18 3 het n-type gebied 22 aan het oppervlak bij voorbeeld 5.10 atanen/cm , terwijl de acceptcrccncentratie in het p-type gebied 23 veel lager is, 15 3 bij voorbeeld 10 atcmen/cm . Om de doorslagspanning van de pn-overgang 24 plaatselijk te verlagen is de halfgeleiderinrichting vcorzien van 10 een hoger gedoteerd p-type gebied 30/ dat een pn-overgang vonnt met het n-type gebied 22. Dit p-type gebied 23 is gelegen binnen een opening 28 in een eerste isolerende laag 27, waarop rondcm de opening 28 een versnellingselektrode 29 van polykristallijn silicium is aange-bracht. De emissie van elektronen kan desgewsnst nog vergroot warden 15 door het halfgeleideroppervlak 21 binnen de opening 28 te bedekken met een uittreepotentiaal-verlagend materiaal, bij voorbeeld met een laag 34 van een mater iaal dat barium of cesium bevat. Voor verdere details van een dergelijke halfgeleiderkathode en de vervaardiging daarvan zij verwezen naar de op 15 januari 1981 ter visie gelegde Nederlandse 20 Octrooiaanvrage No. 7905470 van Aanvraagster, waarvan de inhoud bij referentie in deze aanvrage is opgenanen.

Het halfgeleiderlichaam 35 is verder voorzien van een tweede isolerende laag 31, waarop zich twee afbuigelektroden 32, 33 bevinden, bijvoorbeeld van aluminium. Met behulp van deze afbuigelektroden en 25 de versnellingselektrode 29 wordt in de bedrij fstoestand nabij het halfgeleideroppervlak een elektrisch veld opgewekt. Bij een dergelijk elektrisch veld behorende potentiaallijnen 36 zijn schematisch weergegeven in Figuur 5 waar op een halfgeleiderlichaam 35 een eerste isolerende laag 27 is aangebracht met daarin een opening 28. Op de 30 isolerende laag 27 bevindt zich. op de rand van de opening 28 een versnellingselektrode 29. Bovendien zijn twee afbuigelektroden 32, 33 weergegeven die door een tweede isolerende laag 31 van de versnellingselektrode zijn gescbeiden. In het onderhavige voorbeeld zijn de elektrische veldlijnen 36 getekend voor het geval dat op de versnellings-35 elektrode 29 een spanning van 5 Volt is aangebracht, terwijl op de afbuigelektroden 32 resp. 33 spanningen van 0 Volt respectievelijk 20 Volt zijn aangebracht.

Aan het hoofdoppervlak 21 vrijkcmende elektronen volgen order 8104883 PHN 10.180 10 invloed van het heersend elektrisch veld de baan, aangegeven door middel van de pijl 10. Deze elektronenbaan wordt zoals hierboven reeds besproken is afgebogen order invloed van elektrische spanningen op de elektroden 32 en 33. Een aantal positieve ionen die in de vacuumbuis 5 2 gegenereerd kunnen warden door botsing van de gegenereerde en ver- snelde elektronen met restgassen en elektroden worden door de heersende elektrische velden versneld in de richting van de kathode.

Deze positieve ionen bereiken het elektrische veld nabij de kathode bijvoorbeeld langs de in Figuur 5 met streeplijnen aangegeven 10 banen 37, 38. Doordat zij vaak een gedeelte van het versnellend veld Van de kathodestraalhiis hebben doorlopen is hun kinetische energie in het algemeen erggroot. Hierdoor bezitten deze ionen doorgaans een hoge kinetische energie, wanneer zij het in Figuur 5 door middel van de potentiaallijnen 36 weergegeven elektrisch veld van de kathode 15 bereiken. Hoewel zij de invloed van de bijbehorende elektrische kracht ondergaan zal door hun hoge kinetische energie slechts een geringe baankromming optreden, zoals in Figuur 5 schematisch is aangegeven door het verloop van de streeplijnen 37,38. Een gevolg hiervan is dat praktisch geen of slechts zeer weinig positieve ionen 20 het emitter end halfgeleideroppervlak kunnen bereiken. De kathode zal dan ook nauwelijks degradatie-effecten ondervinden ten gevolge van etsende of andere beschadigende werking door positieve ionen.

In het getoonde voorbeeld bevat het half geleiderlichaam slechts een halfgeleiderkathode met een opening 28. Bij andere inrich-25 tingen kan dit aantal warden uitgebreid; zo kunnen bijvoorbeeld ten behoeve van kleurentelevisietoepassingen drie of meer qpeningen 28 warden aangebracht ter plaatse van afzonderlijk bestuurbare kathoden, die voorzien zijn van gemeenschappelijke afbuigingselektroden en versnellingselektroden.

30 Figuur 6 toont in dwarsdoorsnede een andere uitvoering van een op lawinedoorslag van een pn-overgang gebaseerde halfgeleiderkathode 20. Het half geleiderlichaam 35 bevat in dit voorbeeld een n-type substraat 22, waarin zich een p-type oppervlaktegebied 23 bevindt. Hierdoor wordt een aan het hoofdoppervlak 21 vrijkomende pn-overgang 35 24 gevormd, waarvan de bijbehorende uitputtingszone aan het halfgeleider-gebied vrijkomt. Dit oppervlak 21 is verder voorzien van een eerste elektrisch isolerende laag 27 van bijvoorbeeld siliciunmyde. m deze laag 27 is ten minste een opening 28 aangebracht, waarbinnen althans 8104893 Λ ESN 10.180 11 % een deel van de pn-overgang 24 vrijkomt aan het hoofdcppervlak 21 van het halfgeleidarlichaam. Verder is op de elektrisch isolerende laag 27 op de rand van de opening 28 in de gnnuddellijke nabijheid van de pn-overgang 24 een versnellingselektrode 29 aangebracht die 5 in dit voctrbeeld van aluminium is. De halfgeleiderinrichting is verder nog voorzien van niet getoonde aansluitelektroden, die verhonden zijn met het n-type substraat 22, eventueel via een hooggedateerde contact zone en met het p-type oppervlaktegebied 23. Eventueel kan het halfgeleideroppervlak 21 binnen de opening 28 weer bedekt warden met 10 een laag 34 van een uittreepotentiaal-verlagend materiaal. Voor verdere details van een dergelijke halfgeleiderkathode en zijn wijze van vervaardiging wordt verwezen naar de op 31 juli 1979 ter visie gelegde Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7800987 van Aanvraagster, waarvan de inhoud bij referentie in deze Aanvraage is cpgencnen.

15 Het aanbcengen van de afbuigelektroden 32, 33 kan in de

Figuren 3, 4, 6 bijvoorbeeld gesehieden met behulp van een lift-off techniek. Nadat de ha Ifgeleiderkathoden zijn vervaardigd zoals beschre-ven in de genoemde Nederlandse Octrooiaanvragen No. 7905470 en No. 7800987 wordt het gehele oppervlak bedekt met bijvoorbeeld een fotolak-2o laag, die vervolgens verwijderd wordt ter plaatse van de te vormen elektroden. Daama wordt het gebeel bedekt met een laag aluminium. Vervolgens wordt de fotolaklaag met het daarop neergeslagen aluminium verwijderd, zodat alleen ter plaatse van de afbuigelektroden 32, 33 en eventuele aansluitsporen aluminium achterblijft.

25 Bij een andere werkwijze wordt het halfgeleiderlichaam bedekt met een isolerende laag, die zowel thermisch als vanuit de dampfase kan worden neergeslagen. Deze laag kan bestaan uit siliciumoxyde en/of siliciumnitride, waarop metaal wordt cpgedampt dat met behulp van fotolithografische technieken in patroon wordt gebracht, waama order 30 afdekking van het metaal ter plaatse van de te vormen qpeningen 28 de isolerende laag door middel van bekende etstechnieken wordt verwijderd.

De kathode is weer voorzien van een tweede elektrisch isolerende laag 31 waarop zich afbuigelektroden 32 en 33 bevinden.

35 Op deze afbuigelektroden 32, 33 en de versnellingselektrode 29 kunnen weer zodanige spanningen warden aangelegd dat het bijbehorende elektrische veld een soortgelijke invloed uitoefent op in de vacuumbuis 2 aanwezige positieve ionen als hierboven aan de hand van Figuur 5 8 1 (K 8 S 3 EHN 10.180 12 r voor de kathode van Figuur 3 beschreven is.

Figuur 7 tenslotte toont de dwarsdoorsnede van een kathode van het negatieve elektronenaffiniteit-type (NEA-kathode), waarbij een pn-overgang in de voorwaartsrichting wordt bedreven. De halfgeleider- 5 kathode 20 bevat in dit voorbeeld een n-type halfgeleiderlichaam 41 17 bij voorbeeld van galliumarsenide met een concentratie van 10 donoren/ 3 an en een dikte van 0,5 millimeter. Aan een hoofdoppervlak 21 bevindt zich een deel 42 met p-type geleiding met een dikte van circa 10 19 micrometer en een oppervlakteconcentratie groter dan 10 acceptor- 3 10 atanen/cm . Het p-type deel 42 is bedekt met een bekleding 34 van elektronenuittreepotentiaal-verlagend materiaal en is voorzien van twee elektrische aansluitingen. Van deze twee elektrische aansluitingen is een een Injecterende aansluiting, welke in dit geval gevormd wordt door de pn-overgang 40 tussen het p-type qppervlaktedeel 42 en het 15 n-type lichaam 41. De andere aansluiting 43 maakt contact met het p-type deel 42 via een contactvenster 44 in een elektrisch isolerende laag 31. De werking en vervaardiging van een dergelijke kathode is nader beschreven in het verleende Nederlandse Octrooi No. 150609 qp naam van Aanvraagster, waarvan de inhoud bij referentie in deze 20 Aanvrage is opgencmen.

Op de elektrisch isolerende laag 31 bevinden zich afbuig-elektroden 32 en 33. Hiermee kan een elektrisch veld worden opgewekt met een zodanige vorm dat op soortgelijke wijze als hierboven beschreven aan de hand van de Figuren 4 en 5 positieve ionen die in 25 de richting van de halfgeleiderkathode 20 worden versneld het emitterend oppervlak niet of nauwelijks treffen.

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet tot de boven-staande voorbeelden beperkt is maar dat voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele variaties mogelijk zijn. Zo kan, zoals 30 reeds aangeduid bij het voorbeeld van Figuur 4, voor kleurentelevisie-toepassingen ook in de inrichting volgens Figuur 7 het aantal openingen 28 in de isolerende laag waar afzonderlijk bestuurbare emissie optreedt worden uitgebreid tot drie.

Ook kan in plaats van de kathode schuin te monteren zoals 35 in Figuur 1 gebruik gemaakt worden van een schuine achterwand 8.

De halfgeleiderkathode zelf kan bovendien op diverse andere manieren worden vervaardigd, zoals beschreven in bovengenoemde Nederlandse Octrooiaanvragen.

8 1 0 4 8 9 3 y ψ EHN 10.180 13

Oak vaar de varm van de afbuigelektroden zijn vele variaties mogelijk. Dit kan voordeel bieden bij bet ondervangen van afbuigings-fouten. Ock kan voor een van de afbuigelektroden (of voor beide) desge-wenst een qpgesplitst patroai warden gekozen.

5 10 15 20 25 30 35 8104893

Claims (12)

1. 2. Inrichting voor het opnemen of weergeven van beelden bevattende een katbodestraalbuis met in een geevacueerde omhulling een trefplaat en een halfgeleiderkathode met een halfgeleiderlichaam met 20 aan een hoofdqppervlak een p-type oppervlaktezone voorzien van tenminste twee aansluitingen waarvan althans een een injecterende aan-sluiting is qp een af stand van het hoof doppervlak die ten hoogste gelijk is aan de diffusie-reccmbinatielengte van elektronen in de p-type oppervlaktezone met het kenmerk, dat het hoofdqppervlak althans gedeel-25 telijk bedekt is met een elektrisch isolerende laag die althans een deel van de p-type oppervlaktezone vrij laat en waarop zich tenminste twee afbuigelektroden voor het opwekken van een dipoolveld. bevinden.
2. 3. Inrichting volgens conciusie 1 of 2, met het kenmerk, dat 30 de normaal van het boofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam en de as van de katbodestraalbuis elkaar onder een scherpe hoek snijden.
3. 4. Inrichting volgens conciusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de halfgeleiderkathode excentrisch ten qpzichte van de. as van de katbodestraalbuis is aangebracht met zijn hoofdoppervlak praktisch 35 loodrecht op de asrichting van de kathodestraalbuis, terwijl de kathode-straalbuis elektronenoptische afbuigmiddelen bevat am een door de kathode gegenereerde en door de afbuigelektroden afgebogen elektronen-bundel zodanig af te buigen dat deze zich daama langs de as van de 8104893 ψ ΕΗΝ 10.180 15 kathodestraalbuis beweegt.
4. 5. Inrichting volgens een der conclusies 1, 3 of 4, mst bet kenmerk, dat de pn-overgang althans binnen de opening in de eerste electrisch isolerende laag in boofdzaak evenwijdig loopt aan bet 5 boofdoppervlak van bet halfgeleiderlichaam en binnen de opening plaatselijk een lagere docrslagspanning vertoont dan het overige deel van de pn-overgang waarbij bet deel van de pn-overgang met lagere doarslagspanning van het boofdoppervlak gescheiden is door een n-type half geleiderzcne met een zodanige dikte en dotering dat bij 10 de doorslagspanning de uitputtingszone van de pn-overgang zich niet tot aan het cppervlak uitstrekt doch daarvan gescheiden blijft door een oppervlaktelaag die voldoende dus in an de gegenereerde elektronen door te laten.
5. 6. Inrichting volgens έέη der conclusies 1, 3 of 4/ met het 15 kenmerk, dat althans in de bedrijfstoestand ten minste een gedeelte van de bij de pn-overgang behorende uitputtingslaag vrijkomt aan het halfgeleideroppervlak binnen de opening in de eerste isolerende laag.
6. 7. Inrichting volgens 4en der conclusies 1 of 3 t/m 6, met het kenmerk, dat de inrichting meerdere anafhankelijk instelbare 20 pn-overgangen, waarin elektronen kunnen warden gegenereerd be vat en voorzien is van voor de bij deze pn-overgangen behorende openingen gemeenschappelijke versnellingselektroden en afbuigelektroden.
7. 8. Kathodestraalbuis volgens een der conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk, dat het boofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam 25 althans binnen de opening in de eerste elektrisch isolerende laag bedekt is met een elektronen-uittreearbeidverlagend materiaal.
8. 9. Halfgeleiderinrichting voor toepassing in een katbodestraal-buis volgens een der conclusies 1 of 3 t/m 8, met een halfgeleiderlichaam met een hoofdoppervlak waarop een eerste isolerende laag met 30 een opening is aangetracht, welk halfgeleiderlichaam tenminste een pn-overgang be vat, waarbij door het aanleggen van een sper spanning over de pn-overgang in het halfgeleiderlichaam door lawinevermenig-vuldiging elektronen kunnen worden gegenereerd die ter plaatse van de opening in de eerste isolerende laag uit het halfgeleiderlichaam 35 treden en waarbij zich cp de eerste isolerende laag althans ter plaatse van de rand van de opening in deze laag tenminste een versnellings-elektrode bevindt, met hetkenmerk, dat het halfgeleiderlichaam althans gedeeltelijk bedekt is met een tweede elektrisch isolerende laag die 8104303 PHN 10.180 16 de opening in de eerste isolerende laag vrij laat en waarqp zich tenminste twee afbuigelektroden bevinden.
9. 10. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de pn-overgang althans binnen de opening in de eerste isolerende 5 laag in hoofdzaak evenwijdig loopt aan het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam en binnen de opening plaatselijk een lagere doorslagspanning vertoont dan het overige deel van de pn-overgang waarbij het deel van de pn-overgang met lagere doorslagspanning van het hoofdoppervlak gescheiden is door een n-type halfgeleiderzone 10 met een zodanige dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de uitputtingszone van de pn-overgang zich niet tot aan het oppervlak uitstrekt doch daarvan gescheiden blijft door een oppervlaktelaag die voldoende dun is am de gegenereerde elektronen door te laten.
10. 11. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, 15 dat althans in de bedrijfstoestand tenminste een gedeelte van de bij de pn-overgang behorende uitputtingslaag vrijkcmt aan het half-geleideroppervlak binnen de opening in de eerste isolerende laag. 12. , Halfgeleiderinrichting voor toepassing in een kathode-straalbuis volgens een der conclusies 2 t/m 4 of 8 met een halfge- 20 leiderlichaam met aan een hoofdoppervlak een p-type qppervlaktezone voorzien van ten minste twee aansluitingen waarvan althans een een injecterende aansluiting is op een afstand van het hoofdoppervlak die tenminste gelijk is aan de diffusie-reccmbinatielengte van elektronen in de p-type qppervlaktezone, met het kenmerk, dat het hoofdoppervlak 25 althans gedeeltelijk bedekt is met een elektrisch isolerende laag die althans een deel van de p-type qppervlaktezone vrij laat en waarop zich tenminste twee afbuigelektroden bevinden.
11. 13. Halfgeleiderinrichting volgens een der conclusies 9 t/m 12, met het kenmerk, dat het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam 30 althans binnen de opening in de eerste elektrisch isolerende laag bedekt is met een elektronen-uittreearbeidverlagend materiaal.
12. 14. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het elektronenuittreearbeidverlagend mater iaal een van de materialen uit de groep van cesium en barium bevat. 35 8104893