электровакуум.приборы (1084498), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В качестве электроположительного материала используют, как правило, цезий, окись цезия и другие его соединения. Электрическое поле дипольного слоя облегчает выход электронов в вакуум. На энергетической диаграмме таких материалов уровень вакуума может оказаться ниже уровня дна зоны проводимости, т. е. энергия электронного сродства становится отрицательной (рис.
12.7) . 152 Рис. 12.7. Энергетические диаграмма полу- проводника с отрицательным электронным уу сродством о, го то о гоа гйо х,. Рис. 12.8. Спектралызал характеристика теллуридо-цезиевого фотокатода Фотоэлектронная работа выхода в этом случае будет равна ширине запрещенной зоны. Любой электрон, преодолевший в результате взаимодействия с фотоном запрещенную зону, может участвовать в фотоэмиссии. Потери энергии возбужденными электронами здесь сведены к минимуму и в основном определяются рекомбинацией. Следовательно, в фотоэмиссии могут принимать участие электроны, возбужденные на расстоянии диффузионной длины от поверхности (т.
е. расстоянии, на котором избыточная концентрация электронов уменьшается за счет рекомбинации в е раз). Это расстояние значительно превышает их длину свободного пробега (движение без столкновений). Большая глубина выхода электронов дает резкий подъем спектральной характеристики на границе длинноволнового порога фотоэффекта. Квантовый выход приближается к теоретическому пределу 0,5. ОЭС.фотокатоды являются самыми перспективными фотокатодами для работы в ИКюбласти спектра. Чувствительность ОЭСфотокатода ?пАвр — Сз,О на длине волны 1,05 мкм в 20 раз превышает чувствительность Ая — Π— Сз-фотокатода. Световая чувствительность ОЭС-фото- катода О аАв (Св — О) достигает 2 мА/лм при плотности тока термоэлектронной эмиссии 10 ' А/смз.
Фогокатоды для ультрафиолетовой области спектра изготавливаются с оптическими окнами, пропускающими УФ-излучение. Для этого используется увиолевое стекло, кварц, сапфир, фториды магния и лития. Следует отметить, что все фотокатоды для видимой области спектра чувствительны и к УФчтзлучению. Однако их использование в приемниках УФ.излучения связано с необходимостью тщательной защиты от засветки дневнь!м солнечным светом. Поэтому целесообразно применять фотокатоды, длинноволновая граница которых не заходит в видимую область спектра, так называемые голнечно-слепые фогока- 153 годы. Такие фотокатоды позволяют проводить измерения УФ-потока излучения в условиях интенсивного дневного освещения. К потоку излучения УФюбласти спектра чувствительно большинство чистых металлов, например пленки магния и кадмия, но их квантовый выход не превышает 10, а спектральные характеристики имеют очень з пологий дпинноволновый край.
Более резкий подъем характеристики в области красной границы наблюдается у сплавных металлических фотокатодов, например магниево-серебряных и маги иевог?ариевых. Они имеют длинноволновый порог фотоэффекта в области 400 нм и квантовый выход 0,07. Высоким квантовым выходом У = 0,25 в области излучения 200— 350 нм обладают теллуриды цезия и рубидия. Эти фотокатоды в полупрозрачном варианте имеют высокое продольное сопротивление, поэтому их наносят на тонкую металлическую подложку 1хромовую или вольфрамовую), пропускающую до 85% УФчгзлучения. Теллуриды щелочных металлов имеют очень малую плотность тока термозлектронной эмиссии 110 ' з — 10 г з А/смз). Спектральная характеристика геллуридо-цезиевого фогокагода приведена на рис.
12.8. В приборах для измерения излучения с длиной волны А < 100 нм нашли применение фотокагоды из фгорида магния и лития, имеющие длинноволновый порог 95 и 140 нм соответственно. Максимальный квантовый выход фторида магния составляет 0,4 при А = 55 нм. В связи с отсутствием прозрачных материалов в этой области спектра фото- катоды должны сохранять свои параметры после пребывания на воздухе. В целях стандартизации параметров для серийных приборов разработана система типовых спектральных характеристик С-1, С-2 и т.д. Контрольные вопросы и задания 1.
Как квантовый выход фотокатода связан с его спектральной чувствительностью? 2, Какие преимущества имеют полупроводниковые фотокатоды по сравнению с металлическими? Почему большинство фотокатодов— полупроводники с дырочной проводимостью? 3. Какими характеристиками и параметрами оцениваются качества фотокатода? 4. Как реализуются оптические способы повышения чувствительности фотокатодов? 5. Опишите структуру, свойства и основные параметры современных фотокатодов для видимой области спектра.
6. Опишите структуру, свойства и основные параметры современных фотокатодов для ближней НКюбласти спектра. Почему ОЭС-фотокатоды являются наиболее перспективными? 7. Какие фотокатоды применяются для УФюбласти спектра? Каковьп их структура и особенности работы? 154 г лава тринадцатая ФОТОЭЛЕМЕНТЫ 13.1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕМЕНТОВ Элекгровакуумным фотоэлементом называется вакуумный прибор, имеющий фотокатод и анод. Баллон фотоэлемента выполняется из стекла с малым коэффициентом поглощения излучения в рабочем для прибора диапазоне спектра.
У фотоэлементов, предназначенных для работы в УФ-области спектра„в баллоне делается окно из материала, прозрачного в этой области. Некоторые фотоэлементы имеют металло- стеклянные баллоны. Конструкции фотоэлементов весьма разнообразны в зависимости от назначения прибора. Классификационными признаками могут быть спектральный рабочий диапазон, тип и конструкция фотокатода, режимы работы и области применения. По областям применения фотоэлементы удобно объединить в три основные группы. К первой группе можно отнести фотоэлементы, предназначенные для регистрации сравнительно слабо меняющихся во времени потоков излучения, интенсивность которых намного больше пороговой. Эти фотоэлементы применяются в звуковоспроизводящей киноаппаратуре, в фототелеграфии, в схемах автоматики и контрольно-измерительных устройствах.
Фотоэлементы этой группы обычно работают с произвольными источниками света, поэтому основными требованиями к приборам являются наличие высокой интегральной чувствительности, а также их долговечность и взаимозаменяемость. Баллон фотоэлементов, выпускаемых ддя указанных целей, представляет собой сферу, на часть внутренней поверхности которой нанесен массивный фотокатод. Анод выполняется в виде кольца, сетки, петли из тонкой проволоки, находящихся обычно в центре сферы. Электроды выводятся в виде жестких штырей в общий цоколь или разносятся в два самостоятельных цилиндрических вывода. Типичные конструкции фотоэлементов первой группы приведены на рис.
13.1. Ко второй группе относится фотоэлементы, используемые дпя измерения слабых медленно меняющихся потоков излучения различного спектрального состава, а также для точного измерения световых потоков в фотометрии. В фотоэлементах могут применятьсн как полупро- Рне. 13.1. Устройство некоторых типов фотоэлементов, используемых в звуковеспронзводхщья унноаппарзтуре, фотптепеграфнн н приборах зптоматнческоте контроля: 1 — анод; 2 — фетокатед 155 по принципу сверхвысокочастотных приборов. Малое расстояние между электродами и сильное электрическое поле обеспечивают небольшое время пролета электронов от фотокатода к аноду.
Некоторые фотоэлементы имеют коаксиальный вывод, позволяющий включать фотоэлемент непосредственно в разъем коаксиального кабеля, согласованного с низкоомной нагрузкой. Устройство некоторых типов импульсных сильноточных фотоэлементов приведено на рис. 13.3. Рис. 13.2. Устройство некоторых типов измерительных фотоэлементов: 1 — фотокатод; 2 — охренное кольцо; 3 — анод зрачные, так и массивные фотокатоды, Подложкой последних служит стекло или металлическая пластина. Для снижения токов утечки вводится третий электрод — охранное кольцо. Электроды могут иметь жесткие вьаоды в виде штырьков и цилиндров и гибкие выводы— металлические ленты и проволочки.
Некоторые конструкции фотоэлементов второй группы представлены на рис. 13.2. К характеристикам и параметрам рассматриваемых фотоэлементов предъявляются более жесткие требования, определяемые их назначением. Фотоэлементы должны обладать высокой стабильностью спектральных характеристик, линейностью световой характеристики, достаточно большими значениями спектральной и световой чувствительности, высокой пороговой чувствительностью. Третья группа включает в себя импульсные сильноточные фотоэлементы, предназначенные для измерения параметров мощных потоков излучения, длительность которых может составлять десятые доли наносекунды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
