JPS5849980B2 - 二電子銃型走査変換管およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、書き込み用電子銃と読み出し用電子銃との間
にターゲット電極を配設してなる二電子銃型走査変換管
およびその製造方法に関する。

二電子銃型走査変換管は、書き込み用電子銃と読み出し
用電子銃とを備えるので、書き込み動作時に読み出し動
作を併せ行ない得る利点がある。

かかる走査変換管のターゲット電極は、たとえばシリコ
ン単結晶基板を用いて形成され、同基板の書き込み用電
子銃側の面に書き込１れた電荷像は、読み出し用電子銃
側の面へ、電子衝撃誘起導伝率効果により浸透移動させ
られる。

しかし、前記浸透移動を行なわせるためには、約１０Ｋ
Ｖという高電圧を要し、しかも、電荷の蓄積時間が短い
という欠点がある。

また、金属メツシュ板の一方の面に絶縁膜を付設した伝
送グリッド型のターゲット電極を備えるものでは、低電
圧動作ができる反面、解像度が低く、良好な画質を得難
い欠点がある。

本発明は、高解像度にしてシューテイングが少なく、連
続読み出し時間が長く、しかも、比較的低い電圧で安定
動作をする二電子銃型走査変換管を提供するものであり
、これを以下図面に示した実施例とともに説明する。

第１図を参照して、ガラスバルブ１は書き込み兼消去用
電子銃２、読み出し用電子銃３釦よびターゲット電極４
を封入してなり、これらは二電子鏡型の走査変換管を形
成している。

ターゲット電極４は第２図に示すように多孔性の酸化シ
リコン膜５と、その一方の面上に被着形成された信号電
極としての薄い金属膜６と、環状のシリコン台７からな
り、これはガラスバルブ１に封着されたコバール製環状
板８上にマウントされている。

そして、酸化シリコン膜５は書き込み兼消去用電子銃２
と向き合い、金属膜６は読み出し用電子銃３と向き合っ
ている。

な釦、環状板８はシリコン台７の底面に接し、環状板８
から延び出たピン状の弾性導体９は金属膜６の周縁上に
載置された金属環１０に当接して電通し、環状板８はタ
ーゲット電極端子となる。

ターゲット電極４は下記の要領によって製造される。

すなわち、第３図を参照して、Ｎ導電型のシリコン単結
晶基板１４は約１０Ω鋼の比抵抗を有し、直径約３２關
φ、厚さ約１５０μ瓶の円板状に形成されている。

基板１４を洗浄後、酸素雰囲気巾約１２００°Ｃの温度
で加熱し、少なくとも一方の面に熱酸化による厚さ約０
．２μｍ〜３μｍの酸化シリコン（５ｉ０２ ）の膜５
′を一様に形成する。

この後、前記一方の面に釦ける酸化シリコン膜部分にフ
ォトレジスト膜を一様に被着形成し、かつ、フォトマス
クを用いた選択露光および現像処理を施して、前記酸化
シリコン膜部分上に、繊細なマトリクス状のフォトレジ
スト膜１５を形成する。

つぎに、弗酸と弗化水素酸アンモニウムとの混合液捷た
はその他の弗酸系エラ千ヤントを用いて、前記酸化シリ
コン膜の露出領域を溶解除去し、しかるのち、フォトレ
ジスト膜１５を選択的に溶解除去する。

これによって、フォトレジスト膜１５の平面形状に合致
した繊細なマ） ＩＪクス状の酸化シリコン膜５が、シ
リコン単結晶基板１４の一方の面上に形成される。

ついで、基板１４の他方の面（底面）の中央領域以外の
領域を、耐食性物質の膜またはカバーで覆イ、弗硝酸等
の高エツチング速度のエッチャントを用いて前記中央領
域から基板１４を中ぐりする。

この中ぐりによって、基板１４の中央領域における厚み
が徐々に減少していくが、約４μ瓶〜１０μｍの厚みに
達したところで、このエツチングを止める。

そして、今度は前記耐食性物質の膜またはカバーをとり
除いたのち、水酸化カリウム水溶液またはアミン系エッ
チャント等を用いて、ターゲット全面を低速度でエツチ
ングし、これによって基板１４の中央領域におけるシリ
コン部分を全て除去する。

なお、この二段階エツチングは、薄膜化による機械的強
度の低下にかかわらず膜面を破損から保護しうるという
点で非常に有利である。

アミン系エッチャントの一例は、エチルシア□ン１７ｙ
ｄ、ピロカテコール３ｇ釦よび水８７７１１からなる。

フォトレジスト膜１５および酸化シリコン膜５の各マト
リクス形状は図示のような格子状に限定されず、要は多
数の細孔を均等に分布配列した多孔性のものであればよ
い。

孔配列のピッチＰは約２μｍ〜３０μｍの範囲から選ぶ
ことができ、幅ＷはピッチＰの約０．２〜０．６倍に選
びうる。

中ぐりされたのちのシリコン単結晶基板１４は筒状のシ
リコン台となり、その一方の端縁にむいて繊細なマトリ
クス状酸化シリコン膜５を張架する恰好となるから、つ
ぎに、金、クロムまたは金・クロム合金等からなる金属
を、酸化シリコン膜５の外面寸たは内面に真空蒸着し、
厚さ約０．１μ瓶〜０５μｍのマトリクス状金属膜６を
、信号電極として形成する。

なお、金属膜６に金、クロムまたは金・クロム合金を用
いると、酸化シリコン膜５に対する付着強度が大となり
、好ましい結果が得られる。

しかし、管内残留ガスによって酸化しにくく、かつ、真
空蒸着が可能な金属であれば、金、クロムおよびその合
金以外の金属、たとえば、白金捷たはニッケル等を用い
てもよい。

また、クロム等によって第１層を真空蒸着したのち、金
・クロム合金等の第２層を真空蒸着またはめつきにより
前記第１層上に重合させてもよい。

さらに、シリコン単結晶基板上に酸化シリコン膜を形成
する代りに、気相成長法等により、窒化シリコン（８１
３Ｎ４ ）の膜を形成してもよい。

かかるターゲット電極を第２図図示のように、コバール
製の環状板８にとりつけ、導体９によって金属膜６を環
状板８に電通させる。

信号の書き込みは、電子銃２から射出させた密度変調電
子ビームを酸化シリコンまたは窒化シリコンの膜５上に
導き、この膜面を走査することによって達成される。

膜５の二次電子放出曲線における第１クロスオーバ電圧
は約２５ｖ〜３０Ｖであるから、これよりも高い電圧で
消去したのち、第１クロスオーバ電圧よりも低い書き込
みターゲット電圧（書き込み用電子銃の陰極に対する信
号電極の電位）に設定して書き込み測定子ビームで走査
すると、膜５に電荷像が蓄積される。

また、書き込み動作を第１クロスオーバ電圧よりも高い
ターゲット電圧に設定すると放電が起り、放電時を書き
込みとすると、充電時は消去となるのであり、いずれの
モードでも使用できる。

その他、ターゲット電圧または陰極電圧を入力信号に応
じて変調させるいわゆる平衡書き込み方式を適用できる
。

書き込１れた信号による電界は、ターゲット電極の細孔
群を通じて読み出し側へ張り出し、読み出しビームを制
御する。

この様子を電子計算機で解析したものを第４図乃至第８
図に示す。

ただし、ここでは電子ビームの初速度分布を無視し、空
間電荷による影響はないものとしている。

また、読み出しターゲット電圧は＋７Ｖに設定してむり
、破線は等電位線、矢印は読み出しビーム、１６は細孔
を示す。

これらの図面かられかるように、信号電極６に流入する
読み出し電子ビームは、膜表面電位が＋２Ｖとなる膜領
域に比して、膜表面電位が一１０■となる膜領域で犬と
なる。

そして、信号電極６に流入する電子ビームの本数と、戻
りむよび通過電子ビームの本数との比をとって、ビーム
透過度特性を導出すると、第９図に示すようなものとな
る。

第９図に示す特性曲線をＩ、ＩＩ、ＩＩＩの３領域に分
けることができる。

すなわち、領域■は読み出し電子ビームがターゲット電
極を通過して書き込み電子銃側のフィールドメツシュ電
極へ向っている状態であり、領域■は読み出し電子ビー
ムが集束作用を受けながらターゲット電極面から読み出
し電子銃側へ戻っている状態であり、領域■は読み出し
電子ビームが発散作用を受けながら読み出し電子銃側へ
戻っている状態である。

第１０図は読み出し側フィールドメツシュ電流と出力信
号電流との関係を示すもので、同図から明らかなように
、この管ではかなりの暗電流成分がとり出される。

しかし、この暗電流成分の温度依存性はなく、かつまた
、この暗電流成分は動作回路中で除去できるので、安定
した動作を営１せることかできる。

な訃、暗電流成分はターゲット電極面に占める細孔群の
面積比を変えることによって、あるいは読み出し時のビ
ーム電流の大きさによって変化する。

第１１図かられかるように、この管では読み出し時のタ
ーゲット電圧ＶＴＲをたとえば６Ｖ以上の範囲で比較的
広範に選定できる。

また、Ｖ、＜６Ｖの範囲では、酸化シリコンまたは窒化
シリコンの膜表面電位の影響が犬となり、信号電極表面
に負電位が大きく張り出してくるので、出力信号の極性
が反転する。

このため、読み出し時に鮫けるターゲット電圧■。

Ｒの値次第で、２つの動作モードに使用することができ
る。

膜５の放電時を書き込みとする場合、書き込み時のター
ゲット電圧ｖＴｗは約２００Ｖに、消去時のターゲット
電圧ＶＴＥは約２０Ｖに、そして、読み出し時のターゲ
ット電圧■１は約７ｖにそれぞれ設定できる。

い１、走査面精゛を（９，５ｍｍｘ １２．ｒｒｎ、ｍ
）とし、書き込み所要時間と出力信号電流との関係を
、書き込み電子銃の制御格子バイアス電圧をパラメータ
として表わすと、第１２図に示すようなものとなる。

また、消去所要時間と出力信号電流との関係を、消去電
子銃の制御格子バイアス電圧をパラメータとして表わし
たものを第１３図に示す。

さらに、ウィンドウ波形を蓄積しく黒部弁のｖ８はＯ■
、白部分の■８は一１３ｖ）、これを信号電流４００ｎ
Ａ（うち暗電流成分は２００ｎＡ）で読み出した場合の
連続読み出し時間特性を第１４図に示す。

同図かられかるように、この管の連続読み出し時間は非
常に長い。

第１５図は走査面積９、５ ｍｆｆ１Ｘ １．２．７
ｍＷ、書き込み速度０．３秒で、正弦波入力信号を書き
込み、平行走査で読みとったときの振幅変調度特性を示
す。

この図から、小型管でありながら、高解像度特性を備え
ることがわかる。

以上のように、本発明の二電子鏡型走査変換管は、多数
の細孔を穿設した酸化シリコンまたは窒化シリコンの膜
と、この膜の一方の面に真空蒸着された厚さ約０．１μ
扉〜０．５μ扉金属膜からなる多孔性ターゲット電極を
、書き込み用電子銃と読み出し用電子銃との間に設け、
前記酸化シリコン唸たは窒化シリコンの膜を前記書き込
み用電子銃に、そして、前記金属膜を前記読み出し用電
子銃にそれぞれ対向させてなるものであり、高解像度に
して連続読み出し時間が長く、しかも比較的低い電圧で
安定動作をする二電子鏡型走査変換管が得られる。

また、信号電極が均一性の良い蒸着法で形成されること
と、電子ビームのランディングし易い金属を選択しうる
ことから、すぐれたシューディング特性を得ることがで
きる。

さらに、シリコン単結晶基板の一方の面に形成した酸化
シリコン筐たは窒化シリコンの膜に多数の細孔を形成し
たのち、前記基板を他方の面から高速エツチングで中ぐ
りし、しかるのち基板全面を低速エツチングするという
独得の２段階エツチング法を採るために、機械的強度が
低くかつ歪みを内蔵している酸化シリコン膜寸たは窒化
シリコン膜を保護しつつ、シリコン単結晶基板の中央領
域を能率よく完全に除去しうる利点がある。

その上、シリコン単結晶基板を高精度に薄膜化する要が
ないのみならず、同基板に細孔群を穿設する要がなく、
しかも金属膜は最後に真空蒸着により形成するので、こ
れに細孔群が自ずと生じ、極薄の良導電性のものである
ことと相１って、細孔を通じての電界の回り込みを良好
ならしめ得るなど、品質面および歩留り面で顕著な改善
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した二電子鏡型走査変換管の側断
面を示す略図、第２図は同走査変換管のターゲット電極
の側断面図、第３図は同ターゲット電極の製造過程を示
す図、第４図乃至第８図は同走査変換管の読み出し時に
おけるターゲット電極電位分布と読み出し電子ビームと
の関係を示す図、第９図は同走査変換管の酸化膜表面電
位と出力信号電流との関係を示す特性図、第１０図は同
じくメツシュ電極電流と出力信号電流との関係を示す特
性図、第１１図は同じく読み出しターゲット電圧と出力
信号電流との関係を示す特性図、第１２図は同じく書き
込み時間と出力信号電流との関係を示す特性図、第１３
図は同じく消去時間と出力信号電流との関径を示す特性
図、第１４図は同じく連続読み出し時間と相対出力信号
との関係を示す特性図、第１５図は周波数と振幅変調度
との関係を示す特性図である。 ２・・・・・・書き込み兼消去用電子銃、３・・・・・
・読み出し用電子銃、４・・・・・・ターゲット電極、
５・・・・・・シリコン酸化膜、６・・・・・・金属膜
、８・・・・・・環状板、１４・−・・・・シリコン単
結晶基板、１６・・・・・・細孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の細孔を穿設した酸化シリコンまたは窒化シリ
   コンの膜と、この膜の一方の面に真空蒸着された厚さ約
   ０．１μｍ〜０．５μ凡の金属膜とからなる多孔性ター
   ゲット電極を、書き込み用電子銃と読み出し用電子銃と
   の間に設け、前記酸化シリコン寸たは窒化シリコンの膜
   を前記書き込み用電子銃に、そして、前記金属膜を前記
   読み出し用電子銃にそれぞれ対向させてなることを特徴
   とする二重電子銃型走査変換管。 ２ シリコン単結晶基板の一方の面に酸化シリコンまた
   は窒化シリコンの膜を形成したのち、この膜に多数の細
   孔を選択エツチングにより穿設し、しかるのち前記シリ
   コン単結晶基板を他方の面から高速エツチングで中ぐり
   したのち、全面を低速エツチングすることにより、同基
   板の少なくとも中央領域におけるシリコン部分を完全に
   除去し、しかるのち前記膜の一方の面に厚さ約０．１μ
   ｍ〜０．５μ丸の金属膜を真空蒸着により被着形成して
   多孔性のターゲット電極を得ることを特徴とする二電子
   銃型走査変換管の製造方法。