Brevet FR2128626A1 — publié le 19721020

i. 2128626 La présente invention se rapporte à des tubes de prise de vue électroniques et plus particulièrement à des tubes de prise de vue du type vidicon utilisant une cible constituée d'un réseau de photodiodes diffusées dans une mince tranche de silicone. De 5 tels tubes de prise de vue du type vidicon sont appelés tubes de prise de vue vidicon au silicium. Dans les tubes de prise de vue vidicon au silicium de la technique antérieure, le silicium situé entre les diodes de la cible est recouvert par une couche d'oxyde de silicium obtenue par 10 croissance thermique. Cette couche d'oxyde est un excellent isolant, et, pendant, le fonctionnement du tube, sa surface peut éventuellement atteindre un potentiel inférieur de quelques volts -au potentiel de la cathode thermoionique, du fait de l'action du faisceau de lecture, à faible vitesse. Dans certaines conditions, 15 ce potentiel existant sur l'oxyde de silicium de la cible tend à dévier le faisceau de lecture en dehors de toutes les diodes de la cible. La présence d'un champ latéral entre les diodes et l'oxyde de silicium environnant, produit également des effets nuisibles. 20 on a proposé (MM. M.H. Crowell et E.F. Labuda, auteurs de l'article intitulé "tubes de prise de vue à réseau de diodes au silicium" extrait du "Bell System Technieal Journal", Mai-Juin 1969) d'éliminer ces inconvénients en utilisant une couche superficielle résistive mince - appelée "mer résistive" - déposée sur 25 la cible. On a suggéré l'utilisation du sulfure d'antimoine comme matière destinée à constituer la couche supérieure résistive, mais on a trouvé que les tubes de prise de vue sortant de fabrication, dont la cible est recouverte d'une couche de sulfure d'antimoine ne peuvent pas être dégazés par étuvage à haute température, du 50 fait qu'une telle cible est sensible à l'étuvage sous vide à des températures dépassant 100°C. D'autres matières que le sulfure d'antimoine ont été proposées pour la couche supérieure résistive, y compris le GaAs, le SiN, le Si, et Ha(Ta)N„ Des couches minces constituées d'un quelconque de ces matériaux ne sont pas de maniè-re néfaste affectées par l'étuvage sous vide à des températures &Q0°0, mais ces couches minces ne peuvent pas être faci-rspr3-2uit.es. Ceci est un inconvénient dans la fabrication en tubes de prise de vue vidicon au silicium. Ui ob-jet de la présente invention est de fournir des tu-he-a de de vue vidicon au silicium perfectionnés utilisant 72 07577 2128626 des matériaux pour de telles couches supérieures résistives aui n'ont pas les inconvénients ci-dessus mentionnés. Lors du fonctionnement d'un tube de prise de vue vidicon, les mailles de la cible sont maintenues à un potentiel d'envi-5 ron 500 volts. Certains électrons du faisceau de lecture, à faible vitesse, sont déviés par la cible du tube, et peuvent entrer en collision sur les mailles de la cible, produisant ainsi des rayons X mous. Ces rayons X mous ont tendance à dégrader la structure en silicium de la cible ceci provoquant l'augmentation du "courant 10 d'obscurité". La présente invention a pour but de fournir des matériaux convenables pour couches superficielles résistives, qui peuvent absorber ces rayons X mous, protégeant de cette manière la cible en silicium. Dans un exemple de réalisation de tube de prise de vue 15 vidicon au silicium - appelé tube de prise de vue vidicon au silicium à conductivité induite par bombardement (BIC) - une photocathode est prévue. Les photocathodes connues utilisent le césium, des composés de potassium ou de sodium, et, pendant la phase de dégazage 20 lors de la fabrication du tube, des vapeurs de l'un quelconque de ces éléments présents dans la photocathode sont émises. Ces vapeurs peuvent se condenser sur la cible du tube, affectant de manière néfaste ses caractéristiques. Un autre objet de la présente invention est de fournir 25 des tubes de prise de vue vidicon au silicium perfectionnés utilisant des matériaux pour couches superficielles résistives, qui ne sont pas affectés de manière néfaste par les vapeurs de métaux alcalins qui peuvent se trouver dans le tube, et qui protègent de plus la cible au silicium elle-même de l'action des vapeurs de mé-30 taux alcalins. Conformément à la présente invention, un tube de prise de vue vidicon au silicium comporte une cible au silicium ayant un réseau de photodiodes diffusées dans cette cible, et possédant une couche mince résistive déposée sur cette cible, cette couche mince 35 étant constituée d'un verre semi-conducteur. De manière préférée, cette couche mince est déposée par évaporation sous vide. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, une vapeur destinée à produire ce verre semi-conducteur est produi-40 te par réduction chimique d'un oxyde réfractaire par un métal, afin BAD ORIGINAL 72 07577 3- 2128626 d'émettre des produits volatils. Dans un autre exemple de réalisation de la présente invention, une vapeur destinée à produire ce verre semi-conducteur est produite par DomDardement électronique d'un matériau convena-5 ble. Dar.s un exemple ae réalisation de la présente invention, ce verre semi-conducteur contient du molybdène. Dans un autre exemple de réalisation de la présente invention, ce verre semi-conducteur contient du tungstène, et dans encore un autre exemple de 20 réalisation de la présente invention, ce verre semi-conducteur contient du titane. De nombreux matériaux peuvent être utilisés comme cons- . tituants de base du verre semi-conducteur, par exemple de la silice, de l'acide borique, du pentoxyde de phosphore, de l'oxyde de 15 calcium, de l'alumine. Tous ces matériaux sont bien connus en soi comme étant des matières vitrifiantes, et il doit être sous-entendu que ces matières, et d'autres matières vitrifiantes, peuvent, être utilisées pour réaliser la présente invention. La présente invention sera bien comprise par la descrip-20 tion ci-après faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est un schéma d'un tube de prise de vue vidicon au silicium, et La figure 2 est une vue en coupe d'une partie de la ci-25 ble d'un tube de prise de vue vidicon au silicium, selon la présente invention. Comme vu sur la figure 1, un tube de prise de vue vidicon au silicium comporte une enveloppe de vidage 1 possédant une fenêtre transparente à l'une de ses extrémités. Le tube est égale-50 ment muni d'un canon à électrons 3, d'une cible 4 comportant un réseau de diedes formées dans un substrat de silicium. La cible est adjacente à la fenêtre ?. Lorsque le tube est utilisé dans une caméra de prise de vue il est hanituellement muni d'une bobine 5 pour la focalisation et la déviation du faisceau électronique pro-35 duit par le canon à électrons 3- Un système optique 6 est également prévu, qui peut focaliser une image vue à travers la fenêtre 2 sur la cible 4. Une source de tension 7 est prévue, qui applique une tension de polarisation à la cible 4, et une capacité 8 reliée à la cible 4 est 40 également prévue, la sortie des signaux vidéo étant prise en déri- ' B£D ORIGINAL 72 07577 2128626 vation sur la capacité. Des tubes de prise de vue vidicon au silicium sont bien connus en soi (voir par exemple l'article cité de Crowell et Labu-da), et ainsi ce tube de prise de vue ne sera pas décrit plus am-5 plement. Comme vu sur la figure 2, une cible d'un tube de prise de vue vidicon au silicium possède un substrat 1 fait de silicium de type N. Un réseau d'îlots 2 de type p est diffusé sur une surface du substrat 1, formant un réseau de photodiodes. La surface du 10 substrat 1 entre les îlots 2 de type p est recouverte d'une couche 3 d'oxyde de silicium obtenu par croissance thermique. La surface de la cible contenant les îlots de type p est recouverte d'une couche supérieure résistive 4 qui est constituée d'un verre semi-con-ducteur. Ce verre semi-conducteur est déposé sur la cible par éva-15 poration sous vide. Dans un mode de dépôt d'une couche de verre semi-conducteur sur la cible de la figure 2, lors de la fabrication de cette dernière, un mélange intime de verre pulvérisé au métaphosphate de baryum et de poudre de molybdène dans des proportions telles qu'il 20 existe un atome de molybdène pour deux atomes de baryum dans le verre, est placé dans un évaporateur à nacelle formé par un ruban de molybdène d'environ 6,35 mm (0,25 pouces) de largeur sur environ 5 centièmes de millimètres (0,002 pouces) d'épaisseur. La nacelle est placée à proximité d'une cible destinée à être recouver-25 te de verre semi-conducteur, dans un vide d'environ 10"^ Torr. Un courant d'environ 60 ampères traverse alors la nacelle, et le contenu de cette nacelle s'évapore de manière à se condenser sur la cible en formant une couche mince de verre semi-conducteur contenant du molybdène comme constituant présentant la conductivité 30 électrique. On pense que lors du processus d'évaporation sous vide, la réaction suivante se produit : 2 Ba (P0^)2 + Mo —> 2 Ba + Mo02 + F?05 Tous les produits de cette réaction sont volatils et les vapeurs 35 qui en résultent se condensent sur la cible de manière à former un verre au phosphate contenant du molybdène et du baryum. On a trouvé que des couches de verre qui ont été déposées de cette manière et qui ont une épaisseur d'environ 0,1 micron possèdent une résistivité comprise entre 1012 et 2 x 10^ ohms par car-40 ré. Au cas où la résistivité de la couche déposée s'avérerait trop - . BAd GftlGtNAL 72 07577 5. 2128626 élevée, la résistance des couches ultérieures peut être réduite en ajoutant de la poudre de molybdène et du trioxyde de molybdène à la poudre placée dans la nacelle, dans un rapport désiré, de manière à produire plus de bioxyde de molybdène dans la vapeur pro-5 duite durant le processus d'évaporation. Après évaporation sous vide de la couche de verre semiconducteur, la cible est étuvée à 400°C dans une atmosphère d'ammoniac craqué, qui consolide cette couche. Ceci renfox-ce la couche et la lie solidement à l'oxyde sous-jacent. 10 Au cas où l'on utilise une pompe à vide à diffusion d'huile lors du processus d'évaporation sous vide, il faut prendre garde qu'aucune trace d'huile (par exemple d'huile pour pompe à diffusion) n'existe sur le substrat, car ceci conduit à boursoufler et à effacer la couche déposée. Il est possible d'éliminer ces dé-15 fauts en chauffant la cible à une température située entre 200°C et 250°'C, mais on a trouvé qu'à ces températures, le coefficient d'accommodation du baryum est très bas. Pour cette raison, on préfère utiliser une cible non chauffée durant le processus d'évaporation sous vide, et empêcher le retour d'huile de la pompe à diffusion 20 en direction du récipient contenant la cible. Ceci peut être réalisé en introduisant un écran refroidi à effet Peltier au-dessus de la pompe à diffusion. Les cibles des tubes de prise de vue vidicon au silicium sont exposées aux rayons X mous engendrés lorsque les électrons du 25 faisceau de lecture, à faible vitesse, entrent en collision avec les mailles de la cible du tube. Afin de fournir une couche de verre semi-conducteur qui ne soit pas néfastement affectée par ces rayons X, le verre doit contenir un élément de nombre atomique élevé, par exemple du tungs-^0 tène. En formant une couche de verre semi-conducteur comportant du tungstène, un mélange de poudre de silicium et de poudre de tungstène est placé dans un évaporateur à nacelle de tungstène. Le processus d'évaporation sous vide est eonduit de la manière précédemment décrite, et on pense que la réaction suivante se produit : y- 0 Si 02 + W > 2 SiO + W02 's mâiîï'ï, !"S produits de cette réaction sont volatils, et les va-evrs w.i en résultent se condensent sur la cible de manière à tme couche de verre semi-conducteur au silicate de tungstène. Dans les tubes de prise de vue vidicon au silicium à con-l uctivité induite par Bombardement (BIC), des vapeurs de métaux al- BAD ORIGINAL 72 07577 6. 2128626 câlins sont produites par la photocathode durant la fabrication du tube. Ces vapeurs peuvent affecter de manière néfaste la structure de la cible du tube, et il en résultera que le tube présentera une persistance des images, et donnera naissance à des spots blancs 5 sur les images produites à partir de ce tube. On a trouvé que, si la couche de verre semi-conducteur formée sur la surface de la cible contient du titane au lieu de molybdène ou de tungstène, ces effets néfastes sont minimisés ou même annulés. Un verre semi-conducteur contenant du titane peut être 10 évaporé sous vide en préparant un mélange de silice et de bioxyde de titane, et en évaporant ensuite le mélange par bombardement électronique. De manière typique, un faisceau électronique dont le courant est de 400 ma, qui a été accéléré par une différence de potentiel de 3 KV, est utilisé pour bombarder le mélange. 15 Les avantages présentés par l'utilisation d'une couche mince de verre semi-conducteur formant la "mer résistive" consistent en ce que le tube qui en résulte peut être passé au four, que les caractéristiques des verres ne sont pas affectées par la contamination, et que le verre est une matière non cristalline amélio-20 rant ainsi la nature homogène de la couche. Bien entendu, le verre utilisé peut être choisi dans une large gamme de compositions possibles. Le matériau vitreux de base utilisé peut être n'importe quel matériau vitreux connu convenable ou n'importe quel mélange convenable de verres connus. 2 5 Les matériaux ajoutés au verre pour le rendre semi-con ducteur peuvent être des composés simples, comme décrits ci-dessus, ou peuvent être n'importe quel mélange convenable de ces éléments ou d'autres composés ou éléments. De ce fait, la composition exacte du verre qui est utilisé peut être choisie de manière à ce que 30 la "mer résistive" qui en résulte possède les propriétés choisies par le fabricant du tube. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. 35 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. BAD ORIGINAL 72 07577 7" 2128626 REVENDICATIONS 1 - Tube de prise de vue vidicon au silicium, caractérisé en ce qu'il comporte une cible en silicium possédant un réseau de photodiodes diffusées dans la cible et possédant une couche min- 5 ce résistive déposée sur cette cible, cette couche mince étant constituée d'un verre semi-conducteur. 2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince est déposée par évaporation sous vide. 3 - Procédé de fabrication d'un tube de prise de vue se-10 Ion l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une vapeur destinée à produire ce verre semi-conducteur est produite par réduction chimique d'un oxyde réfractaire par un métal, de manière à émettre des produits volatils. 4 - Procédé de fabrication d'un tube de prise de vue 15 selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la vapeur destinée à produire le verre semi-conducteur est obtenue par bombardement électronique d'une matière convenable. 5 - Tube de prise de vue selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le verre semi-conducteur 20 contient du molybdène. 6 - Tube selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que le verre semi-conducteur contient du tungstène. 7" - Tube de prise de vue selon l'une quelconqué des re-25 vendications 1, 2 ou 5. caractérisé en ce que le verre semi-conducteur contient du titane. 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