[发明专利]形成在绝缘材料上的静电潜象无损读出的方法及装置

说明书

本发明总的来说涉及用于无损地读出形成在绝缘材料上的静电潜像的装置和方法。更具体地，本发明是关于读出绝缘材料片或层上积累的电荷（静电荷面密度）的位置和大小的方法和装置，它涉及产生同半导体材料片或层上积累的感应电荷有关的表面耗尽层，然后用表面光电压效应确定半导体材料上积累的电荷的位置和大小。

本发明对于读出由X射线辐射形成在绝缘体上的静电潜像是特别有用的，但不仅仅限于由上述形式的辐射形成的静电潜像。

在某些情形中，如轮胎制造，纺织，印刷，加工液体燃料或电子器件当中，积累的静电荷是有害的和不希望的。在另一些情形中，例如在电子照像技术中，静电荷的积累（即静电）是有益的，并用于形成物体的静电潜像，然后显现出来。然而在这两方面中，都需要精确确定静电荷的位置和大小。

有一些已知的各种用于测量静电荷的方法。早期用于检测静电荷的技术是利用例如金箔验电器，木髓球，和极轻的物质如烟灰等。这些方法只有历史性的价值。现在，静电荷通常由测量在表面上的静电势来确定。例如可用静电计（高输入阻抗电压计）测量参考电极上感应的交流信号来实现。在上述方法中交流信号可通过将电屏蔽周期性地引入参考电极和待测表面之间的空间来产生。电测方法是无损的并便于测量静电荷的幅值。然而确定电荷分布需要对要研究的表面用小孔径参考电极进行缓慢而不方便的机械扫描，或要利用电极阵。

有一些确定电荷分布的无损方法。典型的例子是光导摄象管和电子照像术。在光导摄象管中，电荷分布图形存贮在半导体靶上。电荷分布是由在用电子束扫描靶子时测量电子束流的变化而确定的。在电子照象术中，在静电印刷面上的电荷分布（即在静电印刷面上形成的静电潜像）（在显像过程中）通过被电荷吸引到静电印刷面上的调色剂粒子的分布而确定。

用半导体对积累在绝缘层中的电荷进行无损测量的现有技术主要用在电子器件领域内，特别是计算机存储器上。在这种情况下，确定存贮在单个元素中的电荷是通过测量在半导体表面下形成的导电通道中的电流变化而完成的。

关于交流表面光电压，在1958年“物理评论”（Physical    Review），第111卷，第1期，第153至166页，RCA实验室E.O.Johnson的题为“用锗对大信号表面光电压的研究（Large-Signal    Surface    Photovoltage    Studies    With    Germanium）”的文章中进行了描述。该文章讨论了半导体中表面光电压和表面电势及因此产生的空间电荷之间的关系。

半导体锑化铟的光电压响应已用于确定半导体中电磁辐射引起的电荷分布。这在1967年的“应用物理通讯”（Applied    Physics    Letters），第22卷，第11期，第359至第361页R.J.Phelen，Jr.和J.O.Dimmock的题为“用均匀MOS结构成像和存贮（Imaging    and    Storage    With    a    Uniform    MOS    Struc-ture）”的文章中进行了描述。投射到均匀MOS结构（半透明金属膜-氧化层-锑化铟夹层结构）上的像使半导体的表面耗尽区域发生变化。存贮在耗尽层中的电荷通过测量由“读”光子束引起该层饱合所造成的光伏响应而确定。只有几微米厚的耗尽层是有效结构。