Brevet FR2032470A1 — publié le 19701127

l'invention concerne un tube à décharge comportant une électrode dont la partie assurant l'émission d'électrons est constituée par un semiconducteur à type de conduction p , formé par des cristaux mixtes d'un composé AXII-BV et activé s l'aide d'une 5 couche extérieure dont le travail de sortie est inférieur ou au maximum égal à la distance entre le niveau de Fermi et la partie inférieure de la "bande de-conduction. De tels tubes à décharge sont décrits dans le brwet français N° 1.477.155, le semiconducteur de type de conduction j? 10 étant pourvu d'un dispositif assurant l'injection drélectrons. Le bre,vet français N° 1.457 «854 traite de tubes à décharge du genre mentionné dans le préambule, dans lesquels l'électrode assurant l'émission d'électrons est une photocathode. Dans les tubes à décharge cités en dernier lieu, la couche 15 activante est en césium lorsque le semiconducteur utilisé est en arséniure de gallium contenant au maximum quelques pourcent de phosphure de gallium ou d'antimoniure de gallium. De préférence, ladite couche est en césium ou en baryum, lorsque, conformément au premier brevet précité, le semiconducteur est en 20 phosphure de gallium; toutefois, on peut utiliser en principe tout autre revêtement capable d'abaisser le travail de sortie. L'emploi des dispositifs à cathode froide conformément audit premier brevet, met à profit la particularité que l'écar-tement de bandes du semiconducteur utilisé - 1'arséniure de gal-25 lium ou le phosphure de gallium ou des mélanges de ces substances - est supérieur ou tout ou plus égal au travail de sortie de la couche activante. La concentration en accepteurs dans la couche de type de conduction p du corps semiconducteur est indi- 18 'S quée comme étant au moins 1.0 accepteurs /cm , alors qu'à l"é- 30 gard de l'écartement de bandes, l'on ne pose pas d'autres limites . Lors de l'emploi"du dispositif équipé d'une photocathode conformément au deuxième brevet précité, l'écartememi; de bandes est situé entre les valeurs 1,1 et 1,6 eV, alors qne l'arséniure 35 de gallium peut contenir au maximum quelques pour-cent de phosphure de gallium. Le but de l'invention est d£largir ces limites 1,1 et 1,6 eV, de sorte que l'on n'est plus tellement lié'en ce qui concerne le dopage admis, à la composition du cristal et à la nature de la 40 couche activante. 70 07119 2 2032470 10 Conformément à l'invention, dans tin tube à décharge comportant une électrode dont la-partie assurant l'émission d'électrons est constituée par un semiconducteur à type de conduction formé par des cristaux mixtes d'un composé AIII-BV et activé à l'aide d'une couche extérieure dont le travail de sortie est inférieur ou au maximum égal à la distance entre le niveau de Fermi et la partie inférieure de la bande de conduction, le composé semiconducteur utilisé est en arséniure et phosphure de gallium, le composé renfermant, en moles, au moins 60% d'arsenic, alors que le dopage destiné à assurer la conduction £ est obtenu ' de préférence par du manganèse, du silicium ou du germanium, la A Q 7 concentration de cet élément étant de l'ordre de 10 at/cm . Selon une forme préférée de réalisation de l'invention cette concentration est comprise entre 1.10 et 2.10 atomes/cm3. ^5 Par leur faible tension de vapeur, les trois éléments pré cités scmt avantageusement utilisables pour le dopage de minces couches. Toutefois, la concentration pouvant caractériser le dopage est fortement limitée, mais ceci favorise une grande profondeur 20 de sortie, ce qui signifie également un haut rendement quantique. HL est vrai que les éléctrons excités subissent des pertes d'é-nergie plus élevées dans la zone de charge d'espace plus épaisse associée au dopage plus faible, mais ces pertes plus élevées peuvent être compensées lorsque le travail de sortie de la cou-25 che activante extérieure est abaissé suffisamment par rapport à l'écarmement de bandes. Pour le semiconducteur formé par des cristaux mixtes d'un . composé, l'écartement de bandes est fonction de la composition et égal à 1,4- ou à 1,8 éV pour 100 ou pour 60 moles d'arséniure 30 de gallium. Vu que lors de l'emploi de tels systèmes comme photocathode conforme à l'invention, la limite pour le rouge est un peu inférieure à la limite obtenue lorsqu'il s'agit d'arséniure de gallium pur, elle se trouve cependant toujours à une valeur suffisamment élevée pour assurer une photo-émission dans 35 le domaine visible, à savoir par exemple la longueur d'onde 7700 A lorsqu'il s'agit de 3a substance GaAsQ 83^0 17* ®'tan"k donné que l'écartement de bandes est alors égal à 1,6 eY. L'invention peut être mise à profit non seulement pour des photocathodes transparentes ou non, et pour un corps semi-40 conducteur pourvu d'une connexion d'injection, mais également 70 07119 3 2032470 par exemple pour une photocathode d'injection. La couche photosensible est alors formée par un matériau semiconducteur caractérisé par un faible écartement de bandes, et absorbant de ce fait de la lumière dans le domaine infrarouge. Un revêtement 5 isolant très mince sépare cette couche d'une couche conforme à l'invention, formée par des cristaux mixtes. Sous l'influence d'un champ, les éléctrons excités dans la première couche peuvent, par effet tunnel, traverser le revêtement isolant dans le corps semiconducteur et être émis par la couche activante. 10 La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné'à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 est une coupe longitudinale schématique d run ico-noscope, équipé d'une photocathode conforme à l'invention. 15 La fig. 2 montre un tube à décharge, équipé d'une cathode p-n. La fig. 3 est une coupe longitudinale schématique dl!un tube à déchârge, équipé d'une photocathode d'injection. Sur la fig. 1, la face avant plane (2) est à l'intérieur 20 munie d'une cathode isolante monocristalline transparente (3) , sur laquelle est élaborée une couche photosensible (4) dont la composition répond par exemple à la formule Gafi.SQ le dopage de cette couche correspondant à 1,7.10® accepteurs de manganèse par cm^. La couèhe a une épaisseur de 5000 À, présente une 25 structure monocristalline et est élaborée par procédé épitaxâal. L'écartement de bandes du semiconducteur est égal à 1,6 eY, la limite pour le rouge se trouvant à la longueur d'onde 7700 Â. La couche semiconductrice porte une couche mono-atomique (5) en césium, et la photosensibilité de la photocathode est égale à 30 400yuA/Lumen. k son bord, la couche (4-) est munie d'un contact (6). Quant aux autres électrodes du tube iconoscQjre; la fig. 1 ne montre que la cathode thermique (7)» Sur la fig. 2, la cathode (8) est formée p®)? tm semicon-35 ducteur (9) à type de conduction n, sur lequel est élaborée une couche (10) en arséniure et phosphure de gallium. Ce matériau répond par exemple à la formule GsASq qPq g* concentration caractérisant le dopage étant par exemple 2,10^® accepteurs par cm^. La couche (10) porte une couche (11) en césium. Le tube ren-40 ferme un getter (12), ainsi qu'une anode (13), une ampoule en 70 07V19 4 2032470 veire (14) entourant les électrodes, la cathode (8) est pourvue de Contacts de connexion métalliques, reliés à une source de tension (15) à travers une résistance de réglage (16), de façon à polariser dans le sens de conduction la jonction p-n entre (9) et (10) . Entre la cathode et le getter se trouve, une source de tension de signalisation (17), alors qu'à travers un circuit de sortie (18), l'anode est polarisée positivement par rapport à la cathode. Sur la fig. 3, l'ampoule en verre (19) présente une fenêtre (20) munie intérieurement d'une couche d'arséniure d'indium (21), présentant une épaisseur de 3000 A, et munie d'un contact de connexion (22)» Sur la surface de l'arséniure d'indium se trouve une mince couche (23) en SiOg ou en Si^H^, présentant une épaisseur inférieure ou égale à 100 A; sur cette couche (23), on a élaboré une couche (24) en GaAsQ ^Pq ^, dopée au manganèse à raison de 1r5»10^® accepteurs par cm3, ainsi qu'un contact (25). L'é-paisseur de la couche (24) peut attendre 1000 A. A sa surface, la couche semiconductrice porte une couche de césium monoatomique (26). L'anode du tube est indiquée par la référence (27). Dans l'espace entre la cathode et l'anode peuvent se trouver des électrodes de multiplication ou des électrodes d'exploration d'image. La couche (21) en arséniure d'indium présente, en correspondance avec l'écartement de bandes égal à 0,4 eV, une photo sensibilité jusqu'à une longueur d'onde d'environ 3yii» Les électrons qui dans cette bande de conduction sont excités dans 1'arséniure d'indium, peuvent, par effet tunnel, traverser la couche isolante (23), atteindre la couche semiconductrice (24) et être émis par la couche activante (26). 70 07119 5 2032470 BZTOiPICAEEOBS 1. Tube à décharge comportant une électrode dont la partie assurant l'émission d'électrons est constituée par un semiconducteur à type de conduction £, formé par des cristaux mixtes 5 d'un composé AIII-BV et activé à l'aide d'une couche extérieure dont le travail de sortie est inférieur ou au maximum égal â la distance entre le niveau de Fermi et la partie inférieure de la bande de conduction, caractérisé en ce que le composé semiconducteur utilisé est en arséniure et phosphure de gallium, le 10 composé renfermant, en moles, au moins 60% d'arsenic, alors que le dopage destiné à assurer la conduction £ est obtenu de préférence par du manganèse, du silicium ou du germanium, la concen- yfO tration de cet élément étant de l'ordre de 10 atomes /cm3. 2. Tube à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément qui assure le dopage pour obtenir la con- 18 18 duction p à une concentration comprise entre 1.10 et 2.10 atomes/cm^. 3. Tube à décharge selon la revendication 1 ou'2, caractérisé en ce que le composé semiconducteur est formé par une couche épi- 20 taxi aie monocristalline. 4. Tube à décharge selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'électrode émettant les électrons est une cathode d'injection pourvue d'un contact d'injection. 5. Tube à décharge selon la revendication 1, 2 ou 3 carac-25 térisé en ce que la cathode émettant les électrons est une photo cathode transparente. 6. Tube à décharge selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé semiconducteur répond à la formule GaAsQ Pn la concentration caractérisant le dopage étant environ » ' 18 / -5 30 1,7 x 10 atomes/cnr , alors que l'epaisseur de la couche est égale à 5000 A environ. 7. Tube à décharge selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'une couche isolante très mince sépare la couche semiconductrice d'une couche semiconductrice transparente à fai- 35 ble écartement de bandes.