DE655890C - Strahlungsempfindliche Halbleiterzelle - Google Patents

Description

Die Strahlungsempfindlichkeit .von einigen elektrischen Halbleitern ist bekannt; insbesondere weiß man, daß sich Thalliumsulfid (Tl₂S) durch ein bestimmtes Oxydationsverfahren in eine strahlungsempfindliche Verbindung mit Sauerstoff und Schwefel unbekannter chemischer Zusammensetzung umwandeln läßt. Bisher erfolgte nun die Herstellung solcher Zellen mit einer Schwefel-Sauerstoff-Verbindung des Thalliums als strahlungsempfindliches Mittel immer in der Weise, daß das vorher sorgfältig oxydierte Thalliumsulfid einfach durch Aufschmieren oder Destillieren in dünner Schicht auf eine Glasoder Quarzplatte aufgebracht wurde. Die Elektroden wurden dabei bisher stets irgendwie willkürlich in der strahlungsempfindlichen Schicht angeordnet.

Demgegenüber ist die strahlungsempfindliche Halbleiterzelle nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines möglichst großen Effektes der strahlungsempfindliche Körper aus reinem Thalliiumsulfid oder einem ähnlichen Halbleiter mit entsprechend hohem Temperaturkoeffizienten besteht und die in einen Halbleiter unter Anwendung von Wärme eingefügten Elektroden so ausgebildet und angeordnet sind, daß wenigstens eine von diesen, und zwar stets die zu bestrahlende Elektrode, eine punktförmige Sammelstelle der elektrischen Stromlinien darstellt.

Erfolgt die Bestrahlung des aus reinem Thalliumsulfid bestehenden Halbleiters oder einem ähnlichen Halbleiter mit entsprechend hohem Temperaturkoeffizienten in dieser eben geschilderten Weise, so tritt bei angelegter Fremdspannung an die in den Halbleitern eingeschmolzenen Elektroden eine starke Änderung des elektrischen Widerstandes der Zelle auf. Diese Erscheinung ist bei ultraroter Bestrahlung am stärksten im Gegensatz zu den bekannten Kristalldetektorzellen, bei denen der strahlungsempfindliche Körper aus Bleiglanz mit punktförmig berührender Elektrodenspitze besteht.

Neben diesem durch die Erfindung erzielten Fortschritt ist ein weiterer Vorteil dadurch erreicht, daß als strahlungsempfindlicher Halbleiter reines Thalliumsulfid zur Anwendung gelangt und so das bisher übliche umständliche Oxydationsverfahren überflüssig wird, bei dem schon geringe Abweichungen von einer einmal empirisch festgestellten Norm eine erhebliche Einbuße an Strahlungsempfindlichkeit zur Folge haben.

Um das vorstehend gekennzeichnete Ziel, nämlich ein möglichst starkes Konzentrationsgefälle der elektrischen Stromlinien an wenigstens einer der Elektroden zu erreichen, kann

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Ferdinand Waibel in Berlin-Charlottenburg.

diese als Draht oder Band gestaltet und mit einem kurzen Endstück in den Halbleiter eingefügt werden. Von dieser Elektrode können sich die Stromlinien dann gegen eine andere Elektrode mit größerer Oberfläche ausbreiten; Durch den bekannten Einbau der Halbleiterzelle in ein Vakuumgefäß wird die Halbleiterschicht vor Verunreinigung, Beschädigungen und chemischen Umsetzungen an der ίο Oberfläche bewahrt. Das gleiche läßt sich auch in bekannter Weise durch Umgeben der strahlungsempfindlichen Schicht mit einem inaktiven Gas, wie Stickstoff oder Edelgas, oder einer Schutzschicht aus Lack o. dgl. erreichen.

Zur Sammlung der auf die Zelle auf treffenden Strahlen und einer damit verbundenen Vergrößerung des Effektes ist die bestrahlte Elektrode an ihrem mit dem Halbleiter in elektrischer Verbindung stehenden Ende mit einem kugeligen oder fast kugeligen Vollkörper aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff, z. B. Korund, Flußspat o. dgl., umgeben, der die auf die Vorrichtung fallende Strahlung nach dem dahinterliegenden kurzen Ende der Elektrode hin sammelt. Durch Vorsehung eines weiteren Vollkörpers aus einem entsprechenden Stoff zwischen der Wandung des die Zellenanordnung aufnehmenden Gefäßes und dem Halbleiter kann die Konzentration der Strahlung gegen das bestrahlte Ende der einen Elektrode noch erhöht werden.

Um eine schnelle Abkühlung des HaIbleiters zu erreichen, ist dieser vorteilhaft in einen guten Wärmeleiter eingebettet.

Die Zeichnung veranschaulicht fünf Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung. Insbesondere zeigen: Fig. ι eine in einen evakuierten Kolben eingeschlossene Halbleiterzelle mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode in schematischer Darstellung,

Fig. 2 und 3 in zylinderförmige gasgefüllte Gefäße eingeschlossene Halbleiterzellen mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode in schematischer Darstellung,

Fig. 4 eine in einen evakuierten Glaskolben eingeschlossene Halbleiterzelle mit zwei punktförmigen Elektroden in schematischer Darstellung und

Fig. 5 eine mit einem besonderen Wärmeleiter verbundene Halbleiterzelle mit einer punktförmigen und einer ausgebreiteten Elektrode im Querschnitt.

Nach der* Fig. 1 liegt an der Wandung eines Glaskolbens 1 ein erstarrter Tropfen von Thalliumsulfid 2; in ihn ist als eine der beiden Elektroden eine Drahtschleife 4 eingebettet. In die innere Oberfläche des Thalliumsulfidtropfens 2 ist das kurze, z. B. aus Platin oder Nickel bestehende Endstück der anderen Elektrode 3 auf irgendeine Weise unter Anwendung von Wärme eingefügt, also eingeschmolzen. Bei dieser Anordnung erf.'iblgt die Ausbreitung der elektrischen Stromlinien etwa längs der Mantellinien eines stumpfen Kegels. In Berührung mit der Oberfläche des Thalliumsulfidtropfens 2 ist das kurze Endstück der Elektrode 3 mit einem kugeligen oder fast kugeligen Vollkörper 5 aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff zu einem bereits ausführlich geschilderten Zweck umgeben.

In der Fig. 2 ist die Halbleiterzelle in ein zylinderförmig gestaltetes und mit einem inaktiven Glas, z.B. Helium oder Stickstoff, gefülltes Gefäß 1 eingeschlossen. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Elektrode 4 wieder als Draht, Blech oder Folie in Schleifenform in einen Thalliumsulfidtropfen 2 eingeschmolzen, der sich an einem Ende des abgerundet zugeschmolzenen zylindrischen Gefäßes befindet. Die Elektrode 3 besteht aus einem in das Glas 6 eingeschmolzenen Draht, der am Ende der Glasumhüllung über diese hinausragt, gegen das Ende der Wandung des Gefäßes 1 stößt und hier mit dem Thalliumsulfid einen punktartigen Kontakt bildet. Die zur Strahlungskonzentration dienende kleine Glaskugel 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Zellengefäßes angeordnet.

Nach der Fig. 3 liegt die Elektrode 4 in dem im Zellengefäß 1 befindlichen Thalliumsulfid 2 ebenfalls wieder als Drahtschlinge angeordnet. Durch den Boden des Zellengefäßes und einen dort zwischen der Gefäßwandung und dem Thalliumsulfid 2 vorgesehenen vollen aoo Glaskörper 7 hindurch ist die andere Elektrode 3 geführt, die wieder nur mit einem kurzen Endstück in Kontakt mit dem Thalliumsulfid steht. In diesem Falle ist die zur Strahlungskonzentration dienende und die Oberfläche des Thalliumsulfides berührende Glaskugel 5 in das Innere des Thalliumsulfides eingebettet.

Die Einrichtung nach Fig. 4 stimmt weitgehend mit der Anordnung nach Fig. 1 überein. Ein wichtiger Unterschied besteht jedoch darin, daß bei der Einrichtung nach Fig. 4 zwei punktförmige Elektroden 3 und 4 in den Thalliumsulfidtropfen eingefügt sind. Hierbei ist jedes der beiden Enden der Elektroden mit kugelförmigen, die Halbleiterschicht berührenden Strahlungssammlern umgeben.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 liegt das geschmolzene Thalliumsulfid 2 in einem metallischen Napf 4, der die eine Elektrode bildet und gleichzeitig zur Ableitung

der Wärme von der Halbleiterzelle dient. Von oben ragt in das Thalliumsulfid die an ihrem unteren Ende mit einem kugeligen Strahlungssammler 5 umgebene Elektrode 3 hinein. Um die Abkühlung der aus elektrischen oder optischen Ursachen hervorgerufenen Erwärmung möglichst schnell erfolgen zu lassen, ist die Kontaktspitze der Elektrode 3 möglichst bis auf den Boden des Napfes geführt, der durch ein Glimmer- oder Emailstück 8 gegen die nahe benachbarte Spitze der Elektrode 3 isoliert ist.

Die der Belichtung ausgesetzten Elektroden sind jeweils in Abhängigkeit von der Form des einfallenden Strahlenbündels als eingeschmolzene kurze band-, röhren- oder ringförmige Stückchen ausgebildet oder bestehen aus einem feinen Drahtnetz. Weitere Elektrodenformen sind durch in eine Unterlage eingefügte feine Metallstriche oder Metallraster zu ereichen. Die Träger dieser Elektroden bildet entweder die Außenwand des Zellengefäßes oder ein in den Halbleiter eingefügter besonderer Stützkörper.

Für eine gewünschte Wärmeableitung kann nicht nur, wie schon erwähnt wurde, durch Verbindung der Halbleiterzelle mit einem besOnders guten Wärmeleiter, sondern auch durch eine zweckmäßige Formgebung des Zellengefäßes Sorge getragen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Energieleistungen der Zelle durch hohe Spannungen oder große Strahlungsmengen zu erhöhen, ohne daß ihre Empfindlichkeit dadurch beeinträchtigt wird.

Bei Verwendung von mehr als zwei Elektroden in einem einzigen Halbleiter können diese in Anpassung an den Gebrauchszweck parallel oder hintereinander geschaltet werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Strahlungsempfindliche Halbleiterzelle, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlungsempfindliche Körper aus reinem Thalliumsulfid oder einem ähnlichen Halbleiter mit entsprechend hohem Temperaturkoeffizienten besteht, in welches eine oder mehrere Elektroden derart eingeschmolzen sind, daß wenigstens um eine der Elektroden ein starkes Konzentrationsgefälle der elektrischen Stromlinien ent- · steht und bei angelegter Fremdspannung unter Belichtung der punktförmigen Berührungsstelle der einen oder mehrerer Elektroden mit dem strahlungsempfindliehen Körper eine starke Änderung des elektrischen Widerstandes der Zelle stattfindet.
2. 2. Halbleiterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden mit großer Oberfläche in Kontakt mit dem Halbleiter steht.
3. 3. Halbleiterzelle nach den Ansprüchen ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter in ein Vakuumgefäß eingebaut oder mit einem inaktiven Gas oder einer Schutzschicht umgeben ist.
4. 4. Halbleiterzelle nach den Ansprüsprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine der Elektroden an ihrem mit dem Halbleiter in elektrischer Verbindung stehenden Ende mit einem kugeligen oder fast kugeligen Vollkörper aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff umgeben ist, der die auf die Vorrichtung fallende Strahlung nach dem dahinterliegenden kurzen Ende der Elektrode hin sammelt.
5. 5. Halbleiterzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine der Elektroden durch einen zwischen der Gefäßwandung und dem Halbleiter befindlichen vollen Körper aus Glas oder einem die auftreffende Strahlung wenig absorbierenden Stoff hindurchgeführt ist.
6. 6. Halbleiterzelle nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter mit einem guten Wärmeleiter verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen