IT8223934A1 - Tubo a raggi catodici e dispositivo semiconduttore per l'impiego nello stesso - Google Patents

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

*t/OOOJ2/PJ.

PHN 10.180

Descrizione dell?invenzione avente per titolo:

"TUBO A RAGGI CATODICI E DISPOSITIVO SEMICONDUTTORE

PER L'IMPIEGO NELLO STESSO"

a nome: N.V? PHILIPS* GLOEILAMPENF?BRIEKEN

a : Eindhoven (Paesi Bassi)

di nazionalit? Paesi Bassi, elettivamente domiciliata a Milano, Via Dogeina 1, presso il Mandatario Ufficio Brevetti Ing? C. Gregorj ( depositata <il >?6 OTT.1982 <Nr>? 23 934 A f\

RIASSUNTO

Un catodo a semiconduttore viene dotato di elet t3

> UJ o trodi di deflessione con i quali ? possibile genera m(Eo re un campo a dipolo. Conseguentemente, gli elettro-? ?> c ni liberati in corrispondenza della superficie del

catodo a semiconduttore abbandonano la superficie

secondo un certo angolo? Per l'impiego, ad esempio,

in tubi per telecamera, questo fascio inclinato pu?

venire allineato senza difficolt?? Gli ioni positivi che vengono liberati, fra l'altro, dai gas residui e che vengono accelerati nella direzione del catodo, incidono sul catodo secondo un angolo acuto? Conseguentemente, la parte attiva del catodo non

viene attaccata, o difficilmente viene attaccata

da detti ioni positivi, impedendo in tal modo la de

Ing. C GREGGRJ

gradazione del catodo?

DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la registrazione o la visualizzazione di imnagini, conprendente un tubo a raggi catodici presentante, in un bulbo evacuato,un bersaglio ed un catodo a semiconduttore presentante un corpo semiconduttore con una superficie principale sulla qua-' le viene disposto un primo strato elettricamente isolante, presentante almeno un'apertura, detto corpo semiconduttore comprendendo almeno una giunzione pn, in cui, per mezzo dell'applicazione di ima tensione in direzione inversa, ai capi della giunzione pn, ? possibile la generazione di elettroni nel corpo semiconduttore, per mezzo di una moltiplicazione a valanga, tali elettroni emanandosi dal corpo semiconduttore in corrispondenza dell'area dell'apertura presente nel primo strato elettricamente isolante ed in cui almeno un elettrodo di accelerazione ? presente sul primo strato isolante almeno in corrispondenza dell'area del bordo dell'apertura presente in detto strato.

Un dispositivo di questo tipo ? noto dalla domanda di brevetto olandese N. 7.905.470, della stessa Titolare della presente invenzione, resa pubblica

? J ? Ing. C GREGGRJ

il 15 Gennaio 1981?

La presente invenzione si riferisce pure ad un dispositivo per la registrazione o la visualizzazione di immagini, comprendente un tubo a raggi catodici presentante, in un bulbo evacuato, un bersaglio ed un catodo a semiconduttore presentante un corpo semiconduttore dotate, in corrispondenza di una superfid e principale, di una zona superficiale, a con- ?' duttlvit? di tipo ? munita di almeno due connessioni, delle quali, almeno una rappresenta una connessione di iniezione,ad una distanza dalla superficie principale che risulta pari, al massimo, alla lunghezza di ricombinazione degli elettroni, per la diffusione, nella zona superficiale a conduttivit? di tipo ??

Un dispositivo -di questo tipo ? noto dalla domanda di brevetto N. 150.609 della stessa Titolare della presente invenzione, pubblicata il 16 Agosto 1976.

Inoltre, 1*invenzione si riferisce ad un dispositivo semiconduttore per 1*impiego .in un dispositivo di questo tipo.

In un dispositivo per la registrazione di immagini, il tubo a raggi catodici costituisce un tubo per telecamera,mentre il bersaglio ? costituito

da uno strato fotosensibile rappresentato, ad esempio, da uno strato fotoconduttivo? In un dispositivo per la registrazione di immagini, il tubo a raggi catodici pu? essere rappresentato da un tubo di visualizzazioner mentre il bersaglio comprende uno strato o una configurazione di strisce, o punti di materiale fluorescente. Questo dispositivo pu? pure venire progettato per impieghi nel campo della litografia /. elettronica o della microscopia elettronica.

Nella pubblicazione del brevetto olandese N.

7905470 ? stato illustrato un tubo a raggi catodici dotato di un cosiddetto "catodo freddo". Il principio di funzionamento di questo catodo ? basato sull'emanazione di elettroni da un corpo semiconduttore in cui una giunzione pn viene fatta funzionare in senso inverso, in modo tede che possa verificarsi una moltiplicazione a valanga dei portatori di carica. Alcuni elettroni possono raggiungere un energia cinetica tale da vincere il lavoro di estrazione degli elettroni; questi elettroni vengono quindi liberati in corrispondenza della superficie principale del corpo semiconduttore, fornendo in tal modo una corrente elettronica.

L'emanazione degli elettroni viene facilitata, nel dispositivo noto, dotando il catodo dei cosidIm. C. GREGQRJ

detti elettrodi di accelerazione disposti su di tino strato di isolamento presente in corrispondenza della superficie principale che non copre una apertura, di confi gur azione rettangolare, circolare, anulare o sagomata a fenditura, nello strato di isolamento? Per facilitare ulterioxroente l 'emanazione degli elettroni, la superficie del semiconduttore viene dotata, in conformit? a quanto desiderato, di un mate- / riale di riduzione del lavoro di estrazione degli elettroni e rappresentato, ad esempio, dal cesio? Poich? nel bulbo evacuato rimangono sempre dei gas residui, da questi gas residui vengono liberati ioni negativi e positivi per effetto della corrente di elettroni? Gli ioni negativi vengono accelerati nella direzione del bersaglio? Nel caso di deflessione elettrostatica, questi ioni possono incidere su di una piccola area del bersaglio e danneggiare la stessa o alterarne il funzionamento ? Per impedire questo effetto negativo, vengono impiegate le cosiddette trappole ioniche? una trappola ionica per gli ioni negativi ? nota, ad esempio, dal brevetto statimi tense ?? 2.913*612?

Sotto l 'influenza dei campi di accelerazione e di focalizzazione che prevalgono nel tubo, una parte degli ioni positivi si sposta nella direzione

C L?Kt.L?<3KJ

del catodo? Se non vengono adottate particolari misure, una parte di questi ioni incider? sul semiconduttore e dannegger? lo stesso, come se s? trattasse di un attacco ottenuto per effetto dell 'incidenza degli ioni?

Questo danneggiamento pu? comportare una graduale eliminazione, per attacco, del materiale di riduzione del lavoro di estrazione degli elettroni? Per , mezzo di una ridistribuzione, o anche di una scomparsa totale di questo materiale, varieranno le propriet? di emissione del catodo? Quando detto strato non ? presente (o quando lo stesso viene completamente eliminato dal meccanismo di attacco precedentemente indicato, anche la superficie principale del corpo semiconduttore pu? venire attaccata? In un catodo a semiconduttore, basato sulla moltiplicazione a valanga dei portatori di carica, secondo quando descritto nella domanda di brevetto olandese N.7905470, in cui la giunzione emittente jwi si estende parallelamente alla superficie principale e risulta sep?rata dalla stessa per mezzo di una sottile zona superficiale, a conduttivit? di tipo n, ? possibile che per effetto di detto attacco graduale, detta zona superficiale scompaia interamente per cui non ? pi? possibile che il catodo funzioni? In un tipo

C GREG9RJ analogo di catodo freddo, secondo quanto descritto nella domanda di brevetto olandese N? 7800987, della stessa Titolare della presente invenzione, resa pubi blica il 31 Luglio 1979, la giunzione p-n viene e- , sposta in corrispondenza della superficie principale del corpo semiconduttore? Per effetto dell'azione di danneggiamento precedentemente descritta, operata dagli ioni positivi presenti nel tubo elettronico, ( a titolo di esempio, la zona in cui la giunzione p-n risulta esposta in corrispondenza della superficie principale, pu? variare. Questo provoca una emissione instabile?

Nel secondo tipo di tubi a raggi catodici, in cui, nel catodo a semiconduttore, una giunzione j>-n viene fatta funzionare in senso diretto, vale a dire nei cosiddetti catodi ad affinit? elettronica negativa (catodi NEA- negative electron affinity), l'emissione viene pure influenzata per il fatto che l'attacco ionico si verifica nuovamente? Anche in questo caso, in primo luogo, viene gradualmente eliminato, per attacco, lo strato di materiale di riduzione del valore del lavoro di estrazione degli elettroni? La zona superficiale, a conduttivit? di tipo j> del catodo viene quindi attaccata, sino a provocare la cessazione del funzionamento del catodo?

?ng, v^.

E * stato riscontrato che i processi precedentemente indicati, possono verificarsi cosi rapidamente per cui la durata di vita di tubi a raggi ,catodici fabbricati con l'impiego di questi catodi a semiconduttore, viene considerevolmente abbreviata?

Lo scopo specifico dell'invenzione ? quello di fornire un dispositivo del tipo citato nel paragrafo introduttivo della presente trattazione, in cui i vari svantaggi vengono evitati interamente,o paav zialmente, perii fatto che gli ioni positivi descrivono un percorso tale per cui gli stessi non possono incidere, o difficilmente possono incidere sulla parte emittente del catodo?

L'invenzione in oggetto ? basata, fra l'altro, sul riconoscimento d?i fatto che un campo elettrostatico richiesto per questo scopo, pu? venire ottenuto, in modo semplice, per mezzo di una semplice estensione del catodo a semiconduttore? L'invenzione ? pure basata sul riconoscimento del fatto che una disposizione obliqua del catodo rispetto all'asse del tubo a raggi catodici, derivante dall'impiego di questi catodi, non comporta alcuna influenza,o difficilmente pu? influenzare la capacit? di fabbricazione dei tubi a raggi catodici? Inoltre, l'invenzione ? basata sul riconoscimento del fatto che l'impiego di un catodo di questo tipo, in combinazione con i classici mezzi di deflessione, di tipo elettrostatico, comportano.una costruzione particolarmente semplice del tubo a raggi catodici.

Il dispositivo per primo citato, costruito in conformit? all'invenzione e comprendente un catodo a semiconduttore la cui giunzione ?-n viene fatta funzionare in senso inverso, ? caratterizzato dal fatto che il corpo semiconduttore viene coperto, almeno parzialmente, per mezzo di un secondo strato elettricamente isolante il quale non copre l'apertura presente nel primo strato isolante e sul quale sono presenti almeno due elettrodi di deflessione per la generazione di un campo statico a dipolo.

Risulter? del tutto evidente che il termine "dipolo" non deve venire considerato come un dipolo strettamente matematico. Quando viene fatto riferimento ad un campo a dipolo si intende descrivere, in questo contesto, il campo elettrico che si verifica tra due elettrodi che si trovino a tensioni differenti.

Per effetto di questa misura, ? possibile creare un campo elettrico in prossimit? del catodo a semiconduttore, nel quale detti ioni positivi non Ing. C. GREG?fU raggiungono, o difficilmente raggiungono la superficie emittente del corpo semiconduttore? In generale, questi ioni vengono generati ad una certa distanza dal catodo di materiale semiconduttore, in un tubo a vuoto per il fatto che, ad esenyio, gli elettroni, dopo aver acquisito un'energia sufficiente, nella sezione ad alta tensione, interagiscono con i gas residui rimasti nel tubo? Quando questi ioni raggiungono il campo elettrico generato dagli elettrodi di deflessione, gii stessi presentano una energia cinetica superiore a quella degli elettroni liberati in corrispondenza della superficie del corpo semiconduttore? Per effetto di questa differenza nell'energia cinetica fra gli ioni positivi e gli elettroni che vengono emanati dalla superficie, gli ioni positivi si spostano lungo percorsi alquanto differenti da quelli degli elettroni generati nel catodo? Conseguentemente, la superficie attiva del catodo non viene sostanzialmente influenzata negativamente dagli ioni positivi?

Il secondo tipo di dispositivo realizzato inconformit? ai principi della presente invenzione e dotato dei cosiddetti catodi ad "affinit? elettronica negativa", ? caratterizzato dal fatto che la superficie principale risulta coperta, almeno par

tag> C GREGOftl zialmente, da uno strato elettricamente isolante che non copre almeno una parte della zona superficialef a conduttivit? di tipo ? e sul quale sono presenti almeno due elettrodi di deflessione per la generazione di un campo statico a dipolo?

A questo dispositivo si associano gli stessi vantaggi precedentemente descritti con riferimento al primo

tipo di dispositivo?

Una versione preferita di un dispositivo conforme all* invenzione, ? caratterizzata dal fatto che la normale alla superficie principale del corpo semiconduttore e l'asse del tubo a raggi catodici si intersecano secondo un angolo acuto?

La disposizione obliqua del catodo rispetto all 'anodo, derivante della disposizione precedentemente indicata, difficilmente pu? influenzare il fascio elettronico generato. E ' stato riscontrato che le

linee di potenziale del campo elettrico generato dagli elettrodi di deflessione si estendono subito in senso parallelo all 'anodo (schermo di visualizzazione, bersaglio) . Per effetto di quanto indicato, il fascio che viene emanato, pu? venire diretto in modo semplice rispetto all 'asse del tubo a raggi catodici.

Questo fascio pu? quindi venire controllato,

*<n >V C GREG?iU in modo generalmente noto, per mezzo di sistemi ottico-elettronici?

Un* altra versione preferita di un dispositivo, conforme all'invenzione, ? caratterizzata dal fatto che il catodo ? disposto in modo tale da risultare eccentrico risp?tto all'asse del tubo a raggi catodici, con la propria superficie<'>principale sostanzialmente perpendicolare alla direzione dell'asse del tubo a raggi catodici mentre il tubo a raggi catodici conprende mezzi di deflessione elettronico-ottici per deflettere un f?scio elettronico generato dal catodo e deflesso dagli elettrodi di deflessione, in modo tale da potersi successivamente spostare lungo l'asse del tubo a raggi catodici?

Questa versione conporta il vantaggio che il catodo pu? venire collegato alla parete terminale del tubo a raggi catodici, in modo semplice?

Deve essere rilevato che esistono varie possibilit? di inpiego dei catodi a semiconduttori. Ad esempio, ? possibile l'impiego di un catodo del tipo descritto, basato stilla rottura, vale a dire sul. "breakdown" a valanga di una giunzione ?-n. Un catodo a semiconduttore, appartenente ad tua primo tipo, ? caratterizzato dal fatto che la giunzione |>-n, almeno entro l'apertura nel primo strato elettricamen

?no. 0. GREGORJ

te isolante, si estende sostanzialmente in senso parallelo alla superficie principale del corpo semiconduttore e# entro l'apertura, evidenzia, localmente, una tensione di rottura o di "breakdown" inferiore a quella che si riscontra in corrispondenza della parte rimanente della giunzione ?-n, la parte della giunzione ?-n presentante la minor tensione di rottura essendo separata dalla superficie principale ( per mezzo di una zona a semiconduttore, di tipo n presentante imo spessore ed un drogaggio tali per cui in corrispondenza della tensione di rottura, la zona di esaurimento della giunzione ?-n non si estende sino alla superficie ma rimane separata dalla stessa per mezzo di uno strato superficiale sufficientemente sottile da consentire il passaggio degli elettroni generati?

Un secondo tipo di catodo a semiconduttore, basato sulla rottura a valanga e adatto per ^ impiego in un tubo a raggi catodici, in conformit? all' invenzione, ? caratterizzato dal fatto che almeno nella condizione operativa, almeno una parte dello strato di esaurimento appartenente alla giunzione ? -n, risulta esposta, in corrispondenza della superficie del semiconduttore,entro l'apertura presente nel primo strato elettricamente isolante? Znol

14 - U F FI CI O BH t v t i 1 1

C. GREGORJ tre, ? pure possibile l 'impiego di altri catodi a semiconduttore ossia, ad esempio, ? possibile l 'impiego del catodo ad affinit? elettronica negativa precedentemente citato.

La presente invenzione risulter? pi? evidente dall 'analisi della seguente descrizione dettagliata, riferita ad alcuni esempi specifici, tale trattazione essendo considerata in unione ai disegni allega- ( ti, nei quali:

la figura 1 illustra, diagrammaticamente, un tubo di ripresa di immagini, presentante un tubo a raggi catodici realizzato in conformit? ai principi della presente invenzione;

la figura 2 illustra, diagrammaticamente, un tubo di visualizzazione presentante un tubo a raggi catodici costruito in conformit? all 'invenzione;

la figura 3 rappresenta una vista diagrammatica in pianta di un catodo a semiconduttore per<' >l 'impiego in un tubo a raggi catodici conforme all 'invenzione;

la figura 4 rappresenta una sezione diagrammatica, presa lungo la linea IV-IV della figura 3;

la figura 5 illustra, diagrammaticamente, la variazione delle linee di potenziale quando le stesse vengono generate, nella condizione operativa, da

tensioni in corrispondenza degli elettrodi di accelerazione e degli elettrodi di ,deflessione;

la figura 6 costituisce una s?zione diagrammatica di un altro catodo a semiconduttore; e

la figura 7 rappresenta una sezione diagrammatica di un ulteriore catodo a semiconduttore utilizzabile in un tubo a raggi catodici conforme sai*invenzione? ( Le figure non sono state riportate in scala ef nelle sezioni, in particolare le dimensioni nella direzione degli spessori, sono state considere volmente esagerate per evidenti ragioni di chiare zza? Le zone di materiale semiconduttore presentanti lo stesso tipo di conduttivit?, sono state indicate come generalmente tratteggiate nella stessa direzione; nelle figure, le varie parti corrispondenti sono state contraddistinte, genericamente, dagli stessi numeri di riferimento?

La figura 1 illustra, diagrammaticamente, un tubo a raggi catodici 1, realizzato in conformit? ai principi della presente invenzione, per l'impiego in un dispositivo di ripre sa delle immagini? Il tubo di ripresa delle immagini 1 comprende, in un tubo a vuoto 2, ermeticamente sigillato, un bersaglio fotoconduttivo 3 ed una griglia schermo 4? Du16 - Ing. C. GR^ w<w >

rante il funzionamento, il bersaglio 3 viene esplorato per mezzo di un fascio elettronico 10 generato da un catodo a semiconduttore 20? Per consentire la deflessione del fascio elettronico, il tubo 1 di ripresa delle immagini comprende pure un sistema di bobine 5?

Una scena che deve venire ripresa, viene proiettata sul bersaglio 3, per mezzo della lente 6, la parete terminale 7 del tubo a vuoto 2 essendo trasparente alla radiazione? Per consentire le varie connessioni elettriche, la parete terminale 8 del tubo a vuoto 2 comprende i piedini passanti 9? In questo esempio specifico dell?invenzione, il catodo a semiconduttore 20 risulta assemblato obliquamente rispetto alla parete terminale 7? Questo pu? essere ottenuto, ad esen?>io per mezzo di un montaggio dello stesso su di una piastra di base sagomata a cuneo? L'angolo ^ fra la normale 11 alla superficie principale 21 del catodo 20 e l'asse 12 del tubo a raggi catodici 1 ? pari, in questo esempio, a 45?? Dipendentemente dalle tensioni adottate e dalla geometria degli elettrodi del catodo a semiconduttore, ? possibile scegliere un angolo di valore differente? Il catodo a semiconduttore 20, la cui costruzione verr? in seguito descritta, nei dettagli, com

' <? >Ing. C. GREG?RJ

prende due elettrodi di deflessione 32 e 33* Questi elettrodi di deflessione sono separati dalla parte rimanente del catodo a semiconduttore, per mezzo di uno strato elettricamente isolante costituito, ad eseiqaio, da ossido di silicio? Quando vengono applicati potenziali che differiscono fra di loro, a detti elettrodi di deflessione 32, 33, il campo elettrico generato dagli stessi operer? la deflessione , del percorso degli elettroni che abbandonano il corpo semiconduttore dalla superficie principale 21? Se, come nell'esempio attualmente considerato, l'elettrodo 32 risulta positivo rispetto all'elettrodo 33, il fascio elettronico 10 emanato dalla superficie, verr? deflesso nella direzione dell'elettrodo di deflessione 32*

E' stato riscontrato che con una scelta appropriata dell'angolo ?\ e dei potenziali che alimentarne gli elettrodi di deflessione 32, 33, le linee equipotenziali associate si estendono parallelamente alla parete terminale 7 del tubo a vuoto 1 ad una piccola distanza dal catodo? Per mezzo di un corretto posizionamento del catodo a semiconduttore 20 rispetto all'asse 12 del tubo a raggi catodici, ? possibile centrare il fascio 10 lungo detto asse 12 prima che lo stesso subisca l'influenza del

Ing. C GRECeiti sistema di bobine 5? Il tubo di ripresa delle immagini comprende pure una griglia 18 utilizzata come un diaframma?

La figura 2 illustra un tubo a raggi catodici I utilizzato come tubo di visualizzazione* Il tubo a vuoto 2, sigillato ermeticamente termina in una sezione ad imbuto, la parete terminai e 7 essendo rivestita, all* interno, di uno schermo fluorescente 17^ II tubo comprende pure gli elettrodi di fecalizzazione 13, 14 e le piastre di deflessione 15# 16. Il fascio elettronico 10 viene generato in un catodo a semiconduttore 20 montato sulla parete terminale 8 del tubo, direttamente, o per mezzo di un supporto? Le varie connessioni per il catodo vengono portate all'esterno attraverso i piedini passanti 9?

In questo esempio, il catodo a semiconduttore 20 risulta montato eccentricamente sulla parete terminale 8 del tubo 2. un fascio elettronico 10 generato dal catodo, viene deflesso nella direzione dell 'asse 12 del tubo a raggi catodici, per mezzo del campo elettrico generato dalle tensioni alimentate agli elettrodi di deflessione 32 e 33. Il fascio elettronico viene quindi deflesso per mezzo di un campo magnetico, in modo tale da potersi spostare sostanzialmente lungo l 'asse del tubo a raggi cato

lng I \ CREGO.V dici. Il fascio elettronico 10 v dopo essere stato focalizzato per mezzo degli elettrodi di focalizzazione 13, 14 viene ul teriormente controllato per mezzo delle placche di deflessione 15 e 16. Il tubo a raggi catodici comprende, anche in questo caso, una griglia 18, costituente un diaframma.

Il campo magnetico che deflette il fascio elettronico pu? venire generato, fra l 'altro, da bobine -rappresentate diagrammaticamente nella figura 2, per mezzo del cerchio tratteggiato 19. Le bobine possono venire montate all 'interno, o all 'esterno del tubo 2, in conformit? a quanto richiesto. Nel caso del montaggio all 'interno del tubo 2, devono pure venire previste le connessioni per dette bobine, attraverso le varie connessioni elettriche portate all 'esterno attraverso i piedini passanti 9 nella parete terminale 8.

Le figure 3 e 4 illustrano il catodo a semiconduttore che viene utilizzato* Questo catodo conprende un corpo a semiconduttore 35 costituito, in questo caso, da silicio. Il corpo semiconduttore conprende una regione superficiale 22, a conduttivit? di tipo n, generata in corrispondenza della siperficie principale 21 del corpo semiconduttore e che forma tuia giunzione ]>-n 24 con una regione 23

? iiU - U^nuiu ?3

ir?> a conduttivit? di tipo j>? Applicando una tensione di valore sufficientemente elevato, in direzione inv?rsa, attraverso detta giunzione ?-n 24, ? possibile la generazione di elettroni per effetto di un processo di moltiplicazione a valanga, tali elettroni potendo venire emanati dal corpo semiconduttore? Questo ? stato indicato, nelle figure, per mezzo della freccia 1?? f Il dispositivo semiconduttore comprende pure un elettrodo di collegamento, non rappresentato, per mezzo del quale ? possibile stabilire il contatto con la regione superficiale 22, a conduttivit? di tipo n. La regione 23, di tipo ?, in questo particolare esempio specifico, viene contattata, sulla propria superficie inferiore, per mezzo di uno stato di metallizzazione 26? Questo contatto avviene, preferibilmente, attraverso una zona di contatto 25, fortemente drogata, a conduttivit? di tipo ju Nella versione rappresentata nella figura 3, la concentrazione dei donatori nella regione 22 a conduttivit? di tipo n, in corrispondenza della superficie ? pari, ad esempio, a 5x10, atomi/cm mentre la concentrazione degli accettori nella regione 23, a conduttivit? di tipo j>, risulta molto inferiore e pari, ad esenpio, a 10 ^ atorai/cm ?

U r r Ing. C GREG^tU Per ridurre localmente la tensione di rottura, o di "break down" della giunzione 24, di tipo ?-n, il dispositivo semiconduttore comprende una regione 30 pi? fortemente drogata, di tipo j>, la quale forma una giunzione ?-n con la regione 22 di tipo n? Questa regione 30, di tipo ? ? situata entro una apertura 28 praticata in un primo strato di isolamento 27 sul quale un elettrodo di accelerazione 29, di ( silicio policristallino, ? disposto attorno all 'apertura 28? Se desiderato, l 'emissione degli elettroni pu? venire incrementata ricoprendo la superficie a semiconduttore 21 , all 'interno dell 'apertura 28, di un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione e costituito, ad esempio, da uno strato 34 di un materiale comprendente bario o cesio? Per ulteriori dettagli di questo catodo a semiconduttore e del processo di fabbricazione dello stesso, pu? essere fatto riferimento alla domanda di brevetto olandese N? 7905470, della stessa Titolare della presente invenzione, resa pubblica il 15 gennaio 1981 , e la cui trattazione si ^intende incorporata nella presente descrizione, a titolo di riferimento illustrativo.

Il corpo di materiale semiconduttore 35 comprende pure un secondo strato isolante 31 sul quale so

- ?? Ing.

no presenti due elettrodi di deflessione 32, 33 costituiti, ad esempio, da elettrodi di alluminio? Per mezzo di questi elettrodi di deflessione e dell'elettrodo di accelerazione 29 viene generato un campo elettrico, nelle condizioni operative, in prossimit? della superficie di materiale semiconduttore? La figura 5 illustra, diagrammaticamente, le linee di potenziale 36 associate a detto campo elettrico, con ^ riferimento ad un primo strato isolante 27 presentante una apertura 28 e disposto su di un corpo di materiale semiconduttore 35? Un elettrodo di accelerazione 29 ? presente sullo strato di <'>,isolamento 27, in corrispondenza del bordo dell'apertura 28? Inoltre, sono stati rappresentati due elettrodi di deflessione 32 e 33 i quali risultano separati dall<1 >elettrodo di accelerazione 29 per mezzo di un secondo strato di isolamento 31? Nella versione attualmente considerata, le linee del campo elettrico 36 sono state rappresentate per il caso specifico in cui l'elettrodo di accelerazione 29 viene alimentato da una tensione di 5 volt mentre gli elettrodi di deflessione 32 e 33 vengono alimentati da una tensione pari a 0 volt ed a 20 volt, rispettivamente? Gli elettroni liberati in corrispondenza della superficie principale 21, seguono il percorso indi(Rii& GREGWW

cato per mezzo della freccia 10, sotto l'influenza del campo elettrico prevalente? Come precedentemente descritto, questo percorso seguito dagli elettroni, viene deflesso sotto l'influenza delle tensioni elettriche alimentate agli elettrodi 32 e 33. Gli ioni positivi che possono venire generati, nel tubo a vuoto 2, per effetto della collisione degli elettroni generati ed accelerati, con i gas residui e gli elettrodi, vengono accelerati nella direzione del catodo, per mezzo dei campi elettrici prevalenti.

Questi ioni positivi raggiungono il campo elettrico in prossimit? del catodo, ad esempio lungo i percorsi 37, 38 indicati con linee tratteggiate nella figura 5? Poich? questi ioni hanno spesso attraversato una parte del campo di accelerazione del tubo a raggi catodici, l'energia cinetica degli stessi risulta, in generale, molto elevata. Conseguentemente, questi ioni presentano, generalmente, una elevata energia cinetica quando gli stessi raggiungono il campo elettrico del catodo rappresentato, nella figura 5? per delle linee di potenziale 36. Quantunque gli ioni subiscano l'influenza della forza elettrica associata, si verificher? soltanto una piccola curvatura del percorso, in virt?,della loro elevata energia cinetica, secondo quanto rap

Ing. C GREG05EJ

presentato, diagrammaticamente, nella figura 5, dalla variazione delle linee tratteggiate 37? 38? Il risultato ? rappresentato dal fatto che sostanzialmente nessuno ione positivo o soltanto un numero molto ridotto di ioni positivi pu? raggiungere la superficie emittente del semiconduttore? Conseguentemente, il catodo non subir? o difficilmente subir? una degradazione derivante da fenomeni di attacco o deri- / vante da qualsiasi altra azione esercitabile dagli ioni positivi?

Nel campione illustrato, il corpo di materiale semiconduttore comprende soltanto un catodo a semiconduttore dotato di una apertura 28? In altri dispositivi, questo numero pu? essere maggiore? Ad esempio, per applicazioni nel campo della televisione a colori, posspno venire impiegate tre o pi? aperture 28, in corrispondenza dell'area dei catodi controllabili individualmente, comprendenti elettrodi comuni di deflessione ed un elettrodo di accelerazione comune?

La figura 6 rappresenta una sezione di un'altra forma pratica realizzativa di un catodo a semiconduttore 20, basato sulla rottura a valanga di una giunzione ?-n? In questa forma pratica realizzativa, il corpo semiconduttore 35 comprende un substrato 22

? ? , , ?, ? B H t v c i ? ?

ing. C GREG?IU a conduttivit? di tipo n, nel quale ? presente una regione superficiale 23 di tipo ?? Conseguentemente, viene formata una giunzione ]>-n 24 adiacente alla superficie principale 21 mentre ^associata zona di esaurimento della giunzione risulta esposta in corrispondenza della superficie del semiconduttore? Questa superficie 21 comprende pure un primo strato elettricamente isolante 27 costituito, ad esempio, da uno strato di ossido di silicio? In questo strato 27, viene formata almeno una apertura 28, entro la quale almeno una parte della giunzione p-n 24 risulta adiacente alla superficie principale 21 del corpo semiconduttore? Inoltre, un elettrodo di accelerazione 29 costituito, in questo esempio, da un elettrodo di alluminio, viene formato sullo strato elettricamente isolante 27, in corrispondenza del bordo dell * apertura 28, nelle immediate vicinanze dellagiunzione p-n 24? Il dispositivo semiconduttore comprende pure opportuni elettrodi di collegamento, non rappresentati, collegati al substrato 22, a conduttivit? di tipo n, se desiderato attraverso una zona di contatto fortemente drogata, e alla regione superficiale 23, a conduttivit? di tipo p. Se desiderato, la superficie 21 del semiconduttore, entro 1* apertura 28, pu? venire ricoperta da uno strato 34 di un

U FFI C I O BREVETTI

Ing. C GREG&RJ materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione. Per ulteriori dettanti, concernenti un catodo a semiconduttore ed il processo di fabbricazione dello stesso, pu? essere fatto riferimento alla domanda di brevetto olandese N. 7800987* della stessa Titolare della presente invenzione, resa pubblica il 31 Luglio 1979, il cui contenuto si intende incorporato nella presente trattazione, a titolo di ( riferimento illustrativo.

Gli elettrodi di deflessione 32 , 33, schematizzati nelle figure 3, 4 e 6 possono venire ottenuti, ad esempio, per mezzo di una tecnica di " sollevamento <n >o di "lift-off". Dopo che i catodi a semiconduttore sono stati fabbricati in accordo con quanto descritto nelle domande di brevetto olandesi N.7905470 e N. 7800987, l ?intera superficie viene ricoperta, ad esempio, con uno strato di fotolacca la quale viene quindi rimossa in corrispondenza dell ?area in cui devono venire formati gli elettrodi. Il complesso viene quindi ricoperto di uno strato di alluminio. Lo strato di fotolacca con l ? alluminio depositato sullo stesso viene quindi rimosso in modo tale che l?alluminio possa rimanere soltanto in corrispondenza dell ' area degli elettrodi di deflessione 32 , 33 e delle eventuali piste di connessione corri

Ing. C GRECO spendenti?

In accordo con un altro metodo, il corpo semiconduttore viene ricoperto di uno strato isolante il quale pu? venire depositato termicamente e da fase vapore? Questo strato pu? consistere di ossido di silicio e/o di nitruro di silicio e sullo stesso viene depositato il metallo, da fase vapore, tale stretto di metallo venendo opportunamente configurato con ( 1*ausilio di tecniche fotolitografiche mentre, successivamente, lo strato isolante viene rimosso con l'ausilio di noti metodo di attacco coprendo, nel contempo, il metallo in corrispondenza dell'area delle aperture 28 che devono venire formate?

Anche i?i questo caso, il catodo comprende un secondo strato elettricamente isolante 31 sul quale sono presenti gli elettrodi di deflessione 32 e 33? Anche in questo caso, gli elettrodi di deflessione 32, 33 e l'elettrodo di accelerazione 24 vengono alimentati da tensioni presentanti un valore tale per cui il campo elettrico associato pu? esercitare un influenza similare sugli ioni positivi presenti nel tubo a vuoto 2, come precedentemente descritto con riferimento alla figura 5, per il catodo rappresentato nella figura 3?

La figura 7 illustra infine una sezione di un

Ing. C GREG?iU catodo del tipo ad affinit? elettronica negativa (catodo NEA)# nel quale una giunzione p-n risulta operativa in direzione diretta? In questo esempio, il catodo a seomiconduttore 20 comprende un corpo semiconduttore 41, a conduttivit? di tipo n costituito, ad esempio, da arseniuro di galiio, con una concentrazione di 10 ' atomi donatori/cm ed uno spessore di 0,5 mm# In corrispondenza della superficie prin- / cipaie 21 ? presente una parte 42 a conduttivit? di tipo j>, presentante uno spessore pari, approssimativamente, a 10 micrometri e con una concentrazione 19 3 superficiale di accettori superiore a 10 atomi/cm ? La parte 42, a conduttivit? di tipo ?, ? rivestita di un rivestimento 34 di un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione e presentante due connessioni elettriche? Una di queste due connessioni elettriche ? costituita da una connessione di iniezione la quale, in questo caso, ? formata dalla giunzione ?-n 40 fra la parte superficiale 42 di tipo ? ed il corpo 41, a conduttivit? di tipo n? L?altra connessione 43 risulta a contatto con la parte 42, a conduttivit? di tipo j>, attraverso una finestra di contatto 44 praticata in uno strato elettricamente isolante 31? Il principio di funzionamento ed il metodo di fabbricazione di un

- 29 GREG?IU

catodo di questo tipo sono stati descritti, con maggiori dettagli, nel brevetto olandese N? 150609, della stessa Titolare della presente invenzione, mentre il contenuto dello stesso si intende incorporato nella presente trattazione, a titolo di riferimento illustrativo?

Gli elettrodi di deflessione 32 e 33 sono presenti sullo strato elettricamente isolante 31? Deve , essere rilevato che ? possibile generare un campo elettrico presentante una configurazione tale per cui, in modo analogo a quanto precedentemente descritto con riferimento alle figure 4 e 5, gli ioni positivi che vengono accelerati nella direzione del catodo a semiconduttore 20, non possono incidere, o difficilmente incideranno sulla superficie emittente? Risulter? del tutto evidente che l'invenzione, in oggetto non deve essere considerata limitata agli esempi precedentemente descritti per il fatto che cigli esperti della tecnologia specifica risulteranno ora ovvie ed evidenti varie modifiche, senza per questo scostarsi dallo spirito e dallo scopo dell<1 >invenzione? Ad esempio, come preced?ntemente indicato nella versione rappresentata nella figura 4, il numero di aperture 28 nello strato di isolamento, in cui si verifica una emissione separatamente con

Claims (14)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo per la registrazione o visualizzazione di immagini, comprendente un tubo a raggi catodici presentante, in un bulbo evacuato un bersaglio ed un catodo a semiconduttore presentante un coipo semiconduttore con una superficie principale Ing. C GIEC&iJ

sulla quale viene disposto un primo strato elettricamente isolante, presentante almeno un?apertura, detto corpo semiconduttore comprendendo almeno una giunzione jm, in cui, per mezzo dell?applicazione di una tensione in direzione inversa, ai capi della giunzione jm, ? possibile la generazione di elettroni nel corpo semiconduttore, per mezzo di una moltiplicazione a valanga, tali elettroni emanandosi dal t corpo semiconduttore in corrispondenza dell?area dell?apertura presente nel primo strato elettricamente isolante ed in cui almeno un elettrodo di accelerazione ? presente sul primo strato isolante almeno in corrispondenza dell'area del bordo dell?apertura presente in detto strato, caratterizzato dal fatto che il colpo semiconduttore viene ricoperto, almeno parzialmente, con un secondo strato elettricamente isolante il quale non ricopre l'apertura nel primo strato di isolamento e sul quale sono presenti almeno due elettrodi di deflessione per la generazione di un campo a dipolo, di tipo statico?

2, Dispositivo per la registrazione,o la visualizzazione di immagini, comprendente un tubo a raggi catodici presentante, in un bulbo evacuato, un bersaglio ed un catodo a semiconduttore presentante un corpo di materiale semiconduttore dotato, in corri

Ing. C GREGPRJ spondenza di una superficie principale, di una zona superficiale a conduttivit? di tipo ? comp rendente almeno due connessioni, delle quali almeno una ? rappresentata da una connessione di ini?zione, ad una distanza dalla superficie principale il cui valore risulta pari, al massimo, alla lunghezza di ricombinazione degli elettroni nella diffusione, nella zona superficiale di tipo ?, caratterizzato dal fatto che f la superficie principale risulta ricoperta, almeno parzialmente, da uno strato elettricamente isolante il quale non copre almeno una parte della zona superficiale di tipo ? e sul quale sono presenti almeno due elettrodi di deflessione per la generazione di un campo statico a dipolo.

3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la normale alla superficie principale del corpo semiconduttore e l?asse del tubo a raggi catodici si intersecano secondo un angolo acuto.

4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il catodo a semiconduttore ? disposto in modo tale da risultare eccentrico rispetto all ?asse del tubo a raggi catodici e presentante la propria superficie principale sostanzialmente perpendicolare alla di

- 33 - Ing. C GRtGWiu

rezione dell*asse del tubo a raggi catodici, mentre il tubo a raggi catodici comprende mezzi elettronicoottici di deflessione per deflettere un fascio elettronico generato dal catodo e deflesso dagli elettrodi di deflessione, in modo tale che lo stesso possa quindi spostarsi lungo l'asse del tubo a raggi cat?dici?

5 Dispositivo secondo ima qualsiasi delle rivendicazioni 1 e 3, o 4, in quanto dipendente dalla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la giunzione ?>-n, almeno entro l'apertura praticata nel primo strato elettricamente isolante, si estende sostanzialmente in senso parallelo alla superficie principale del corpo semiconduttore mentre, entro l'apertura evidenzia, localmente, una tensione di rottura di valore inferiore rispetto alla parte rimanente della giunzione ?-n, la parte della giunzione presentante la tensione inferiore di rottura essendo separata dalla superficie principale per mezzo di una zona a semiconduttore di tipo n presentante uno spessore ed un drogaggio tali per cui, in corrispondenza della tensione di rottura, o di "breakdown", la zona di esaurimento della giunzione ?-n non si estender? sino alla superrficie ma . rimarr? separata dalla stessa per mezzo di uno strar

34 U F F I C I O B U C V U . . .

Ing. C GREGSW to superficiale sufficientemente sottile da consentire agli elettroni generati di attraversare questo strato superficiale. .

6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 e 3 o 4( in quanto dipendente dalla rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che almeno nella condizione operativa, almeno una parte dello strato di esaurimento associato alla giunzione , ?-n, risulta esposta in corrispondenza della superficie del semiconduttore, entro l 'apertura praticata nel primo strato elettricamente isolante.

7 Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 ,o 3-6, caratterizzato dal fatto che conprende varie giunzioni ?-n regolabili in modo indipendente, nelle quali possono venire generati gli elettroni e dotato di un elettrodo di accelerazione e di elettrodi di deflessione comuni alle aperture associate a detta giunzione ?-n.

8. Tubo a raggi catodici secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7* caratterizzato dal fatto che la superficie principale del corpo semiconduttore, almeno entro l'apertura presente nel primo strato elettricamente isolante, ? ricoperta di un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni.

In<j. r_ S?' v J

9 Dispositivo semiconduttore per 1 * impiego in un tubo a raggi catodici del tipo rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 3-8, presentante un corpo semiconduttore con una superficie principale sulla quale ? presente un primo strato elettricamente isolante, dotato di una apertura, detto corpo semiconduttore comprendendo almeno una giunzione j>-n in cui, per mezzo dell ?applicazione di una tea- ( sione inversa ai capi della giunzione j >-n, ? possibile la generazione di elettroni, nel corpo semiconduttore, per mezzo di un processo di moltiplicazione a valanga con emissione di elettroni in corrispondenza dell ?area della apertura presente nel piamo strato elettricamente isolante, dal colpo semiconduttore ed in cui almeno un elettrodo di accelerazione ? presente sul primo strato elettricamente isolante, almeno in corrispondenza dell?area del bordo dell ?apertura in detto strato, caratterizzato dal fatto che il corpo semiconduttore risulta coperto, almeno parzialmente, da un secondo strato elettricamente isolante che non ricopre l ?apertura nel primo strato elettricamente isolante e sul quale sono presenti almeno due elettrodi di deflessione?

10. Dispositivo semiconduttore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la giun

- 30 - ing. U

zione ?-n, almeno entro l?apertura presente nel primo strato elettricamente isolante, si estende sostanzialmente in senso parallelo alla superficie principale del corpo semiconduttore mentre, entro l?apertura, evidenzia, localmente, una tensione di rottura di valore inferiore rispetto alla parte rimanente della giunzione ?-n, la parte della giunzione j>-n presentante una minore tensione di rottura, essendo , separata dalla superficie principale per mezzo di una zona di materiale semiconduttore, a conduttivit? di tipo n, presentante uno spessore ed un drogaggio tali per cui in corrispondenza della tensione di rottura, la zona di esaurimento della giunzione ?>-n non si estende sino alla superficie ma rimane separata dalla stessa per mezzo di uno strato superficiale sufficientemente sottile da consentire il passaggio degli elettroni generati?

11 Dispositivo semiconduttore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che almeno nella condizione operativa, almeno una parte dello strato di esaurimento associato alla giunzione ?-n risulta esposta in corrispondenza della superficie del semiconduttore, entro l'apertura presente nel primo strato elettricamente isolante?

12. Dispositivo semiconduttore per l?impiego

Ing. C GREG?RJ

in un tubo a raggi catodici, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 e 3 o 4 in quanto dipendente dalla rivendicazione 2, presentante un corpo semiconduttore il quale, in corrispondenza di una superficie principale, presenta una zona superficiale di tipo ? comprendente almeno due connessioni, delle quali almeno una ? rappresentata da una connessione di iniezione, ad una distanza, dalla superficie prin- / cipale, che risulta almeno uguale alla lunghezza di ricombinazione degli elettroni nella diffusione? nella zona superficiale di tipo ?, caratterizzato dal fatto eie la superficie principale risulta ricoperta, almeno parzialmente, da uno strato elettricamente isolante che non copre almeno una parte della zona superficiale di tipo ? e su cui sono presenti almeno due elettrodi di deflessione?

13 Dispositivo semiconduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che la<- >superficie principale del corpo semiconduttore, almeno entro l?apertura presente nello strato elettricamente isolante, ? coperta da un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni?

14 Dispositivo semiconduttore secondo la rivendicazione 8 o la rivendicazione 13, caratteriz

zato dal fatto che il materiale per la riduzione del valore del lavoro di estrazione degli elettroni

? costituito da imo dei materiali dal gruppo del cesio e del bario.

Milano,

OFFICI O BREVETTI VPT

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