DE863535C - Verfahren zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von Halbleiter-Leuchtstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von Halbleiter-Leuchtstoffen Bestimmte Leuchtstoffe, z. B. präparierte Zink-oder Kadmiumsulfide, zeigen eine sehr beträchtliche photoelektrische Empfindlichkeit. Bei Bestrahlung mit Licht, das die Leuchtstoffe zum Lumineszieren bringt, sinkt der Widerstand dieser Stoffe sehr. beträchtlich. So ist z. B. bei Kadmiumsulfid bei der Beleuchtung mit Glühlampenl.i.cht von Zoo Lux eine Verminderung des Widerstandes um i04 bis i05 gegenüber dem Dunkelwiderstand beobachtet worden. Die photoelektrische Empfindlichkeit hat nach der langwelligen Seite hin eine bestimmte Grenze, die bei dem erwähnten Kadmiumsulfid bei ungefähr $2om,u liegt. Diese Grenze- von,d'erchemischen Zusammensetzung des photoelektrisch empfindlichen Stoffes, des sogenannten Photoleiters, ab. Man kann im allgemeinen erwarten, daß sich diese Grenze beim Übergang vom Sulfid zum Selenid oder Tellurid mach längeren Wellen verschiebt. Eine gleiche Verschiebung tritt beim Übergang vom Zink zu Kadmium und Quecksilber ein. Es ist für diese Verschiebungen charakteristisch, daß sie sich mit steigendem Atomgewicht stets in kleiner und kleiner werdenden Schritten vollziehen, so daß die Herstellung von Photoleitern für das Ultrarot von i bis 2,U große Schwierigkeiten bereitet.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei bestimmten Bedingungen bei jedem der genannten Photoleiter eine weitere Verschiebung der photoelektrischen Empfindlichkeit nach den längeren Wellen hin um beträchtliche Beträge erzielt werden kann. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei gewissen, mit sichtbarer Strahlung beleuchteten Photowiderständen eine zusätzliche Beleuchtung durch angenähert monochromatische Strahlung je nach der Wellenlänge des Schwerpunktes dieser Strahlung verschiedene Wirkungen hervorrufen kann. So bewirkt z. B. bei einem geeignet präparierten Kadmiumsulfid eine zusätzliche Beleuchtung mit Strahlung von Wellenlängen unterhalb-82o; mcc eine Verstärkung der Leitfähigkeit; mit Strahlung von der Wellenlänge 82o m,cc keine Veränderung und mit Strahlung von Wellenlängen oberhalb 8.2!o mu eine Verringerung der Leitfähigkeit des Photowiderstandes. Der Bereich der verringerten Wirkung der Zusatzbeleuchtung erstreckt sich beim Kadmiumsulfid bis zu -etwa 1,8,u mit einem Maximum bei 44 bis 1,5 ,u.
• Eine solche Verringerung der Leitfähigkeit der genannten Photoleiter durch zusätzliche Beleuchtung mit langwelliger Strahlung ist bei allen derartigen Stoffen zu erwarten. Die Lage der die feit-" fähigkeit auslöschenden Bande liegt um so weiter nach langen Wellen verschoben, je längerwellig bereits die die Photoleitfähigkeit hervorrufende Bande ist.
• Auf Grund dieser Erkenntnis wird bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtung .zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von Hälbleiter-Leuchtstoffen zur Bestrahlung des Leuchtstoffes außer einer Strahlenquelle mit kurzwelliger, die Leitfähigkeit des Leuchtstoffes erhöhender Strahlung noch eine zweite Strahlenquelle vorgesehen, die durch langwellige Strahlung die Leitfähigkeit des Leuchtstoffes herabsetzt. Bei derart ausgebildeten Einrichtungen kann die Strah; lung einer Lichtquelle moduliert und die der anderen auf einen festen Wert eingestellt sein; man kann aber auch die Strahlungen beider Lichtquellen modulieren. Als Strahlenquellen können elektrische Entliadungs:lampen, z. B, Quecksilberdumpflampen, Glimmlampen oder Natriumdampflampen, .oder auch elektrische Glühlampen in Verbindung mit geeigneten Filtern verwendet werden.
• Das Intensitätsverhältnis aus anregender Strahlung zu auslöschender 'Strahlung regelt die Größe und Trägheit der durch die Ultrarotbeleuchtung hervorgerufenen Widerstandsvergrößerung. Bei sehwacher- anregender Strahlung und starker auslöschender-Strahlung ist der auslöschende Effekt sehr groß; die Stromstärke kann bis auf wenige Hundertteile des unter dem Einfluß der anregenden Strahlung auftretenden Stromes zurückgehen. Aufbau und Abbau der Anregung und der Auslöschung erfolgen dann jedoch ziemlich träge. Bei stärkerer anregender Strahlung ist die auslöschende Wirkung geringer; gleichzeitig nimmt jedoch ebenfalls die Trägheit stark -ab. Durch- Abgleichung der anregenden- Strahlung ist es daher möglich, die Größe des Effektes bzw. die-Einstellzeit weitgehend den besonderen Bedingungen anzupassen. 'So wird man z. B. bei- der Lichttelephonie mit nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtungen die anregende Strahlung so stark wählen;. däß die Trägheit gering genug wird, um das für Sprache benötigte Band von ungefähr 2ooo Hz hindurchzuIassen und um die damit verbundene geringere Empfindlichkeit durch entsprechende Verstärkung zu kompensieren. Es ist ferner ebenfalls möglich, die Größe und Trägheit des Effektes durch geeignete Wahl der Wellenlänge der anregenden Strahlung zu beeinflussen. Infolge der besonderen Absorptionsverhältnisse bei derartigen photoelektrisch empfindlichen Stoffen kann man durch Auswahl geeigneter Wellenlängen erreichen, daß die anregende Strahlung entweder tief in die photoelektrisch empfindliche Schicht eindringt oder nur ihre Oberfläche beeinflußt. Besonders hat sich für die Anregung jenes Gebietes als wirkungsvoll erwiesen, das sich unmittelbar an den obenerwähnten Wendepunkt bei 82o mß anschließend nach kurven Wellen erstreckt. Dient als anregende Lichtquelle eine elektrische Glühlampe, so wird beispielsweise außer dem Filter, das dieses Gebiet der anregenden Strahlung nach kurzen Wellen ,hin begrenzt, noch ein zweites für Ultrarotstrahlen undurchlässiges Filter, z. B. Schott BG i9, verwendet, das die auslöschende langwellige Strahlung ausfiltert. _ In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen von nach er Erfindung ausgebildeten Einrichtungen schematisch. dargestellt.
• Bei der Einrichtung nach Abb. i besteht der Photowiderstand aus einer Glasplatte i mit Doppelkammraster 2, auf dem sich die photoelektrisch empfindliche Halbleiter-Leuchtstoffschicht 3 befindet. Die Vorderseite dieser Leuchtstoffschicht 3 wird durch die modulierte Strahlenquelle q., der ein Ultrarotfilter 5, z. B. aus dem Glas UG 8 von Schott, zugeordnet ist, .und außerdem :durch eine kleine Glühlampe 6 unter Zwischenschaltung geeigneter Filter 7 bestrahlt.
• In den meisten Fällen empfiehlt es sich jedoch, die eine Strahlung auf die Vorderseite, die andere dagegen auf die Rückseite der Leuchtstoffschicht wirken zu lassen, wie Abb. 2 zeigt..
• Wird statt der Glühlampe 6 eine kleine Entladungslampe verwendet und deren Strahlung ebenfalls moduliert, so ergeben sich besondere Wirkungen. Bei dem beschriebenen Effekt wird durch -die kurzwellige Strahlung der Leuchtstoffhalbleiter in einen solchen Zustand versetzt, daß er langwelliges Licht -absorbieren kann, das dann wieder auslöschend wirkt. Es findet also gewissermaßen eine ständige Färbung und Entfärbung des Leuchtstoffhalbleiters statt. Die Geschwindigkeit der Färbung hängt von der- Intensität der anregenden Strahlung ab; je-intensiver-diese ist, desto schneller wird der -Leuchtstoffhalbleiter in den aufnahmebereiten Zustand versetzt. Andererseits bewirkt eine zu starke, dauernde Einstrahlung anregenden Lichtes, daß die Wirkung der Auslöschung verkleinert wird, da während der Auslöschung bereits wieder durch die anregende Strahlung eine Rückbildung der Färbung erfolgt. Wenn man jedoch die Anregung durch moduliertes Licht erfolgen läßt, das die gleichen Frequenzen enthält wie die zu registrierende auslöschende modulierte Strahlung, und eine geeignete Phasenverschiebung zwischen @anregender und auslöschender Strahlung vorsieht, dann kann man die Anregung durch starkes Licht erfolgen lassen und erhält damit eine starke auslöschende Wirkung. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bei der optischen Telephonie nur notwendig, die ankommende Sprache ihrerseits unter Einschaltung eines geeigneten Gliedes, das die Phase verschiebt, zur Modulation der anregenden Strahlung zu verwenden. In der Abb. 3 sind die Phasenverhältnisse zwischen der auslöschenden modulierten langwelligen Strahlung 8 und der anregenden modulierten kurzwelligen Strahlung g dargestellt.
• Abb. q. zeigt eine solche Einrichtung. Der vom Mikrophon io über den Tonfrequenzmodulator ii kommende Strom steuert die im Reflektor 1a eingebaute Sendelampe 13, die modulierte Ultrarotstrahlung aussendet. Auf der Empfängerseite wirft der Reflektor 1q. die ankommende Ultrarotstrahlung auf die Vorderseite des Photowiderstandes 16. Die Rückseite des Photowiderstandes 16 wird von der Lampe 17 beleuchtet, die kurzwellige anregende Strahlung liefert. Die Lampe 17 wird durch den Modulator 18 so gesteuert, daß ihre Strahlung gegenüber der Strahlung der Lampe 13 in der Phase verschoben ist, z. B. um i8o'". Der den Photowiderstand 16 durchfließende Strom wird schließlich über den Verstärker i9 dem Telephon 2o zugeleitet. Da die Färbung durch das anregende Licht eine bestimmte, wenn auch sehr kurze Zeit vorhält, kann sie z. B. auch aus intensiven Lichtblitzen zwischen den einzelnen Signalen bestehen, in ähnlicher Weise, wie etwa die empfindliche Schicht eines Ikonoskops zur Aufnahme eines neuen Bildes durch Überstreichen mit dem entladenden Elektronenstrahl in der Bildpause aufnahmefertig gemacht wird. Durch hohe Intensität des anregenden Lichtblitzes kann die Zeit zur Herstellung der auslöschenden Strahlung absorbierenden Färbung sehr verkürzt werden. Dazu eignen sich z. B. die bekannten Stoßlarnpeneinrichtungen, wie sie für Stroboskopie benutzt werden.
• Für viele Verwendungszwecke empfiehlt es sich, die anregende Lichtquelle mit dem Photowiderstand baulich zu einer einheitlichen Anordnung zusammenzufassen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Beeinflussung des photoelektrischen Widerstandes von Halbleiter-Leuchtstoffen mittels einer die Leitfähigkeit des Leuchtstoffes erhöhenden kurzwelligen Strahlenquelle und einer die Leitfähigkeit des Leuchtstoffes herabsetzenden langwelligen Strahlenquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Leuchtstoffe abwechselnd von der einen oder anderen Strahlenquelle belichtet, insbesondere die beiden Strahlenquellen gegenseitig phasenverschoben moduliert werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit der einen Strahlenquelle die Vorderseite, mit der anderen Strahlenquelle die Rückseite einer Halbleiter-LeuchtstofFschicht belichtet wird.