Диссертация (1097819), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Однакотакого заметного роста, как для соединений 3 5 при многоцикловом и многостадийном активировании не наблюдалось [151–153]. Возможно, это связанос особенностями взаимодействия цезия и кислорода с поверхностью 2 , вчастности, как отмечалось выше, более прочной связью адсорбированного цезия с поверхностью кристалла. Прогрев кристалла активированного и дотемпературы 250(рис.
3.6(б)) не приводил к изменению порога фотоэмис-сии, а происходил лишь спад эмиссионного тока. При повторном активированииуровень фототока восстанавливался (кривая 5). На спектральных зависимостяхквантового выхода фотоэмиссии 2 : и 2 : − наблюдаетсяряд слабых особенностей, которые связаны с особенностями зонной структуры.Соединение 2 представляет интерес с точки зрения его использованияв качестве эффективного фотоэмиттера на коротковолновую часть видимойобласти спектра ( ≈ 0.67 мкм), а также в качестве вторично — эмиссионногоили «холодного» эмиттера электронов. Ширина запрещенной зоны 2 ( =1.95 эВ) позволяет рассчитывать на достижение ЭОЭС состояния (на материале — типа) при активировании одним [4, 152, 153].173В исследованиях фотоэмиссионных свойств использовались монокристаллы2 — и — типа проводимости.
Образцы располагались в отпаянных стеклянных лампах. До нанесения цезия кристалл прогревался при 200 в течение20 — 25 мин.Снижениера-боты выхода производилось нанесением цезия дополучения максимумафотоэмис-сии. На рис. 3.7показаныспек-тры фотоэмиссиисповерхности − 2 . Кривая 7 (рис. 3.7(а))Рисунок 3.7: а — спектральное распределение квантового выхода с поверхности2 : после первой активизации (1), после прогрева припосле прогрева при35070(1 — 2 мин), повторного нанесения(2) и150 (3), − (4) и(5); 6 — спектральное распределение квантового выхода с поверхности2 : после длительного (1 — 2 ч) прогрева при(1), после прогрева при(4) и − 90(2) и190350и активирования370 , нанесения 1/2 от , г — зонная2 . (3), после прогрева при(5); в — зависимостъ квантового выходадиаграмма активированной поверхностисоответствуетспектральномураспределениюфотоэмиссиипо-слеак-первоготивирования цезием.
Ток фотоэмиссии появляется при энергиях, больших2.3 эВ. В области энергий ℎ > 2.8 эВ наблюдаются перегиб на спектральнойхарактеристике и дальнейший рост квантового выхода. После прогрева при 70и 150квантовый выход уменьшается и порог сдвигается в область болеевысоких энергий (спектральные характеристики 2, 3). Кривая 4 показываетспектр фотоэмиссии после прогрева образца до 350(1 — 2 мин) и повтор-ного активирования. Наблюдаются тенденция к сдвигу порога фотоэмиссиив область меньших энергий и некоторый рост квантового выхода. Большойпорог фотоэмиссии обусловлен электронным типом проводимости исходногокристалла.174Длительный прогрев образца (2ч) при температуре 350и последующееактивирование приводят к появлению максимума при энергии 1.95 эВ и сдвигупорога фотоэмиссии в область еще меньших значений. На рис.
3.7(б) показаныспектры квантового выхода после прогрева кристалла до температуры 370 инанесения цезия (кривая 4) и − (кривая 5).Последовательный сдвиг края фотоэмиссии с поверхности 2 : , послесерии прогревов, связан с изменением концентрации носителей заряда и типапроводимости материала в приповерхностной области с электронного на дырочный. Это подтверждается изменением концентраций носителей заряда, определенных по вольт - емкостным характеристикам на ртутном зонде контрольныхобразцов, подвергнутых температурному отжигу. Спектр, представленный кривой 4 (рис.3.7(б)), можно условно разбить на две области: 1) ℎ = 1.7 ÷ 1.95 эВ,2) ℎ > 1.95 эВ. Коэффициент поглощения в области 1 не превышает нескольких десятков обратных сантиметров.
Зависимость 1/2 = (ℎ) в этой области представлена на рис. 3.7(в). Кривая зависимости квантового выхода содержит два квадратичных участка с характерными пороговыми энергиями 1.65и 1.75 эВ. Так как величины этих энергий расположены в области примесного поглощения и достаточно удалены от края фундаментального поглощения,можно предположить, что ответственными за фотоэлектронную эмиссию здесьявляются поверхностные состояния полупроводника и адсорбированный цезий.При энергиях квантов ℎ > 2.0 эВ эмиссионный ток обусловлен как прямыми, так и непрямыми переходами между валентной зоной и зоной проводимости.В случае прямозонных переходов теория фотоэмиссии определяет спектральную кривую фототока как прямо пропорциональную зависимость: ∼ (ℎ − ) .(3.1)В непосредственной близости от порога эмиссии, определяемого началом межзонных переходов, на указанную линейную зависимость накладываются болеесложные зависимости, которые можно описать с помощью степенных соотношений типа ∼ (ℎ − ) ,(3.2)175где32< < 3.Для выяснения механизма эмиссии проведены исследования температурнойзависимости фотоэмиссионного тока и влияния температуры на спектральнуюхарактеристику тока эмиссии.Повышение температуры уменьшает тока фотоэмиссии.
После установлениятока эмиссии охлаждение кристалла до температуры процесса активированияне изменяет величины тока. В связи с этим можно предположить, что повышение температуры приводит к частичной десорбции адсорбированных атомовили разрушению диполей − . Энергия этого процесса определялась потемпературному гашению тока фотоэмиссии и составляла 0.2 ÷ 0.3 эВ.
Многократные процессы десорбции — нанесение цезия были воспроизводимы, однако со значительным разбросом величин, что может указывать на необратимыепроцессы, происходящие на поверхности катода, т.е. на химическое взаимодействие или диффузионные процессы. Можно считать, что они малы только притемпературах < 400 ÷ 500 К. Установление влияния температуры активациина квантовый выход фотоэлектронной эмиссии проведено следующим образом.Температура кристалла, при которой на поверхность наносился цезий, повышалась, а измерение фотоэмиссионного тока проводилось при меньших температурах.
На рис. 3.7(б) показаны зависимости при этих процессах. Повышениетемпературы приводило к незначительному понижению эмиссионного тока. Этоуказывает на малую роль изменения уровня Ферми в зоне и уменьшения величины изгиба зон на поверхности. Можно считать, что вклад в эмиссионныйток этих эффектов компенсируется или механизм возбуждения электронов ввакуум имеет преимущественно поверхностный характер. В этом случае максимум уровня электронейтральности поверхностных состояний на энергетическойдиаграмме локализован, как показано на рис. 3.7(г). Можно также предположить, что фиксация уровня Ферми на поверхности происходит после первойтермообработки поверхности при = 643 К и нанесения на поверхность .176На рис.
3.8. представлены фотоэмиссионные характеристики измерительнойлампы с фотокатодом из 2 при разных величинах светового потока ( =520 нм).Характерными для тока фотоэмиссии являются релаксационные процессы.Связанные с перезарядкой поверхности. Ток эмиссии пропорционален интенсивности света и в припороговой области имеет квадратичную зависимость отнапряжения.
Кривые задержки фототока сдвинуты в область положительныхнапряжений анода, что связано с образованием запорного слоя в приповерхностной области кристалла.Для изучения фотоэмиссионныххарактеристик2 использовались грани естественного роста исколы по плоскости спайностимонокристалловтетрагональнойклиннойимоно-модификаций.Концентрацияносителейзаряда в монокристалРисунок 3.8: Зависимости фотоэмиссионного тока от напряженияΦ/Φ0 , отн.ед.:— 0.7, 8 — 0.8.на аноде при различных величинах светового потока1 —0.1,2 —0.2,3 —0.3,4 —0.4,5 —0.5,6 —0.6,75) составлялах 2 (2ℎла ∼1017 , в 2 (48 )∼ 1018 см−3 .Исследования кристаллов проведены в вакуумной камере и в отпаянных лампах.
В вакуумной камере очистка образцов производилась аргонной бомбардировкой и отжигом по описанной выше методике. Одновременно, с нанесениемна поверхность активирующего покрытия — , производился контроль фотоэмиссионного тока. Максимум фотоэмиссии достигался за один цикл нанесенияцезия.
Взаимодействие цезия с поверхностью контролировалось по оже — спектрам.5Спектральное распределение фотоэмиссии с поверхности 2 (2ℎ), покры-той пленкой , представлено на рис. 3.9(в). Из спектральной зависимости сле-177552 (2ℎ) (1), 2 (2ℎ) (2) и 4 (3)58активированных цезием; б — оже — спектры поверхностей кристаллов 2 (2ℎ ), (1), 2 (4 ) (2) и 4−42/5(3) после выдержки в вакууме 10Па; в — спектральная и степенная () зависимости квантовоговыхода эмиссии 2 , г — спектральное распределение фотоэмиссии 2 : − в поляризации ⊥ (1) и ‖ (2); 4 : − в поляризации ⊥ (1'), ‖ (2'), неполяризованный свет (3).Рисунок 3.9: а — оже — спектры с поверхности кристаллов178дует, что фотоэмиссия начинается при величине энергий квантов, меньших ширины запрещенной зоны = 1.60 эВ (77 К).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
