электровакуум.приборы (1084498), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Фоточувствительный спой в этом случае может быть очень тонким, вследствие чего вероятность выхода .возбужденных электронов резко увеличится. Чувствительность фотокатода будет приближаться к теоретическому пределу, зависящему от материала фотокатода. Если фотоэлектронный прибор предназначен для работы с широким пучком света и примененце наружных оптических систем не предусмотрено, то для получения полного внутреннего отражения используетси рельефная подложка фотокатода. На рис.
12.4 показан ход лучей в од. ном элементе рельефной подложки. Применение рельефной подложки дает меньший эффект по сравнению с плоским фотокатодом и наружной призмой. Это объясняется частичным поглощением потока излучения фотокатодом, так как полное внутреннее отражение происходит только на границе фотокатод — вакуум. Небольшое повышение чувствительности может быть получено даже в том случае, если внутреннюю поверхность стекла, на которую наносится фотозмиссионный слой, подвергнуть механическому матиров алию (лесенке мелкого рельефа) . 12.3. СОВРЕМЕННЫЕ ФОТОКАТОДЫ Вид спектральной характеристики фотокатодов определяется материалом и толщиной фоточувствительного слоя, а также материалом подложки и оптического окна, Стекло баллона, являющееся оптическим окном, у ряда фотокатодов служит подложкой фоточувствительного материала.
По спектральным характеристикам фотокатоды подразделяются на три типа: фотокатоды, применяемые в приборах для измерений в видимой, ближней НК. и Уфюбластях оптического диапазона спектра, Характеристики некоторых фотокатодов охватывают 149 широкий спектральный диапазон от УФобласти до ближней ИК.о а! сти, однако по ряду причин их применение, как правило, ограничи~а. ется более узкой областью спектра.
С) рьмяяо-цезиевый (БЬ вЂ” Сз) фотокатод является наиболее раст/ространенным для приборов, работающих в видимой области спектра. Фотокатод может быть выполнен как массивным, так и полупрозрачным. В качестве материала фоточувствительного слоя испольэУется соединение сурьмы с цезием СззБЬ, на поверхности которого адсорбирована пленка цезия, снижающая работу выхода фотозлектронов. Массивные БЪ вЂ” Са-фотокатоды изготовляются напылением сурьмы путем термического испарения в вакууме на металлическую подложку, затем сурьма обрабатывается в парах цезия. При изготовлении полупрозрачных фотокатодов пленка напыпенного на стеклянную подложку слоя сурьмы имеет толщину 5 — 6 нм.
После обработки в парах цезия пленка сурьмы разбухает до толщины 25 — 35 нм и имеет прозрачность 35 — 50%. В целях увеличения электропроводностгт фоточувствительного слоя на стеклянную подложку предварительно 'напыляют в вакууме пленку хрома или двуокиси онова. Увеличения,чувствительности БЬ вЂ” Сз-фотокатода в 1,5 — 2 раза можно достигнуть путем обработки поверхности фоточувствительного слоя кислородом. Эта операция, назьваемая сенсибилизацией фотокатода, приводит также к снижению фотоэлектронной работы выхода. На рис.
12.5 приведены спектральные характеристики обычного (кривая 1) и сенсибилизированного (кривая 2) БЪ вЂ” Са-фотокатодов. Из рисунка видно, что сенсибилизация сдвигает спектральную характеристику в дпинноволновую область. В серийных фотоэлектронных приборах световая чувствительность массивных БЪ вЂ” Сз.фотокатодов достигает 120 мкА/лм, полупрозрачных — примерно 100 мкА/лм. Плотность тока термозлектронной эмиссии несенсибилизиоованных фотокатодов при комнатной температуре составляет 10 ' — ИГ ' А/см, сенсибилиэированных — 10 га А/смг, квантовый выход достигает 0,25 — 0,3. Одним из серьезных недостатков БЬ вЂ” Св-фотокатода является утомление при увеличении тока, снимаемого с фотокатода. Заметное ухудшение чувствительности наступает при плотностях тока, превышающих 1 мкА/см'.
Многощелочной фогокагод образуется при соединении сурьмы с атомами трех щелочных металлов: калия, натрия и цезия — ХатКБЪ(Са). Этот фотокатод по сравнению с БЬ вЂ” Св.фотокатодом обладает более высокой световой чувствительностью и квантовым выходом в видимой области спектра. Световая чувствительность многощелочных фотокатодов достигает 400 мкА/лм, а квантовьй выход в максимуме спектральной характеристики может быть равен 0,4. Плотность тока термоэлектронной эмиссии при комнатной температуре не превышает 1(Гта А/смт.
Полупрозрачные многощелочные фотокатоды имеют меньшее продольное сопротивление, чем сопро- 150 5М1 О,В 5Я1, Г о,в 02 ог О зпп топ 500 воо 000 500 50 ,нн Рас. 12.5. Спектральные характеристики стрьмллолтезиевых Фотокатодоа Рлс. 12.б. Спектральные характерлстакл висмуте оеребрлноыезаеаото фотокато- да л относительной ладности тивление сурьмяно-цезиевых фотокатодов, поэтому при их изготовлении нет необходимости в проводящей подложке. Утомление многощелочных фотокатодов наступает при плотностях тока, превышающих несколько миллиампер на сантиметр квдцратньй, т. е.
более чем на три порядка превышающих предельные токи БЪ вЂ” Св-фотокатодов. По всем параметрам ьшогощелочные фотокатоды превосходят сурьмяно-цезиевые, однако технология нх изготовления значительно сложнее. Она допускает широкое варьирование последовательности введения щелочных металлов и режимов обработки.
Изготовление фотокатода происходит путем обработки тонкого слоя сурьмы последовательно парами калия и натрия, затем полученное двухщелочное соединение обрабатывается в парах цезия до получения на поверхности моноатомной пленки. На рис. 11,3 (кривая 1) была приведена спектральная характеристика одного из многощелочных катодов. Длинноволновьй порог фотоэффекта фотокатода находится в ближней ИК области спектра Хо =900 нм.
Висмуго.серебряно цезиееый (Вт — Ая — Π— Сз) фотокатод имеет спектральную характеристику, близкую к кривой видности глаза (рис. 12.6), поэтому он нашел широкое распространение в фотоэлектронных приборах телевизионной техники и дпя колориметрических измерений. Процесс изготовления полупрозрачного В1 — Ад — Π— Сз.фотокатода состоит в последовательном напылении на стекло тонких (толщиной 4 — 5 нм) пленок висмута и серебра с последующим окислением серебра кислородом и окончательной обработкой в парах цезия. Световая чувствительность этих фотокатодов такая же, как у сурьмяно-цезиевых (до 100 — 120 мкА/лм), квантовьй выход не превышает 0,1, плотность тока термоэлектронной эмиссии при комнатной температуре составляет 10'4 А/смз. Деухщелочные фотокагоды Ь/азКБЬ и КзСзБЬ образуются при взаимодействии сурьмы с двумя щелочными металлами.
Световая чувстви- !51 тельность и квантовый выход двухщелочных фотокатодов имеют такие же значения, как у БЬ-Сз-фотокатода, но они обладают значительно меньшей плотностью тока термоэлектронной эмиссии, составляющей ПГ А/см . По этой причине двухщелочные фотокатоды могут рабо- !7 З тать при температуре окружающей среды„доходящей до 120 'С при сохранении стабильности параметров, в то время как приборы с другими типами фотокатодов имеют допустимую температуру, не превышающую 70 'С. Порог фотоэффекта двухщелочных фотокатодов расположен близко к длинноволновой границе видимого диапазона спектра.
Серебряно-кислородно-цеэиевый фотокатод (Ад — Π— Сз) предназначен дпя работы в ближней ИКобласти оптического диапазона. При получении этого фотокатода на часть внутренней поверхности баллона наносится слой серебра, которое окисляется электрическим разрядом в атмосфере кислорода. Далее слой окисленного серебра прогревается в парах цезия. Если '*толстый*' слой серебра окисляется не полностью, то получается массивный фотокатод на серебряной подложке. При полном окислении тонкой пленки серебра образуется полупрозрачньй фотокатод. Ад — Π— Сзнротокатод является поЛупроводником с электронной проводимостью, с донорными примесями серебра и цезия.
Спектральные характеристики фотокатода, приведенные на рис. 11.3 (кривая 2), отличаются наличием двух максимумов. Квантовый выход фотокатода очень мал: (3 — 7) 10 з в длинноволновом максимуме и 7 1?Г в коротковолновом, Световая чувствительность з Ай — Π— Сз.фотокатода, несмотря на малый квантовый выход и небольшую спектральную чувствительность (Яе ?ол х < 3 мА/Вт), составляет 30 — 40 мкА/лм. Это объясняется большим коэффициентом использования фотокатодом потока излучения источника типа А ?см.
(11.13) и (11.16)~ за счет значительной протяженности спектральной характеристики. Серьезным недостатком Ая — Π— Сз фотокатода является большая плотность тока термоэлектронной эмиссии, лежащая в пределах 10 'з — 10 зо А/смз. Фогокагоды с отрицательным электронным сродством (ОЭСфогокатоды). Для снижения работы выхода полупроводниковых фотокатодов нужно использовать материалы с малыми шириной запрещенной вонь! и энергией электронного сродства ?см. (12.1)1. На поверхность сильнолегированного дырочного полупроводника наносят моноатомную пленку электроположительного вещества, которое образует дипольный слой с положительным зарядом на поверхности, граничащей с вакуумом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
