ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 1
дут обсуждаться. В принципе энергия электрона может быть определена методом отклонения в магнитном поле или методом задерживающего потенциала.
В подавляющем большинстве 'последних работ ис пользуется второй метод. Он заключается в измерении тока фотоэлектронов, достигающих коллекторного электрода, который поддерживается при отрицательном потенциале относительно фотокатода. Для получения этим методом правильных результатов нужно учесть следующие обстоятельства:
1. Для полного сбора электронов на коллектор при бор должен иметь сферическую геометрию с относитель но большим коллектором, окружающим маленький фо токатод 1 .
2. Контактная разность потенциалов между катодом и коллектором должна быть исключена путем изготовле ния их из одинаковых материалов или измерена.
3. Свет, падающий на |
коллектор, |
может |
вызвать |
||
фотоэмиссию |
с него. |
Фотоэлектроны, |
возбужденные |
||
с коллектора, |
собираясь |
на |
положительном фотокатоде, |
||
уменьшают измеряемый |
ток на неизвестную |
величину. |
Несмотря на эти трудности, рядом авторов были раз работаны надежные и относительно простые конструк ции .приборов и измерительной аппаратуры для иссле дования распределения электронов по энергиям. Особо следует отметить работы Спайсера и сотрудников. [Л. 102], а также Насана и Ми [Л. 103].
Первое 'исследование распределения электронов по энергиям при фотоэмиссии из Cs3Sb было проведено Апкером и др. [Л. 104]. Они обнаружили, что с увеличе нием энергии фотонов доля быстрых электронов в рас пределении сначала увеличивается. Когда энергия фото нов достигает некоторого значения, максимум распреде ления электронов быстро смещается в сторону-меньших энергий. На рис. 11 представлены кривые энергетическо го распределения для различных энергий фотонов (по измерениям Апкера и др.). Форму кривых распределе ния электронов можно объяснить, предположив, что энергетические потери фотоэлектронов с энергиями g <Eg(Eg-— ширина запрещенной зоны) малы. Действи-
1 Измерения распределения фотоэлектронов по энергиям с до статочно высокой точностью могут проводиться и с цилиндриче ским коллектором. Этот вопрос рассмотрен подробно в {Л. 96, 104]. (Прим. перев.)
тельно, в этой области энергетические потери электро нов определяются только взаимодействием с колебания ми решетки, а такое рассеяние является почти упругим. Однако при более высокой энергии фотонов возникает вероятность ударной ионизации, т. е. генерации элек- трошго-дырочных пар, а при таком процессе потеря энергии в одном акте рассеяния равна по крайней мере ширине запрещенной зоны.
Приложенное напряжение^
Рис. П. Энергетическое распределение фотоэлектронов, эмиттируемых Cs3Sb фотокатодом, при различной энергии фотонов [Л. 104].
Позднее Тафт и Филипп [Л. 96] исследовали связь между оптическими характеристиками CsaSb и распреде лением электронов по энергиям при фотоэмиссии из этого материала, а также сравнили кривые распределения электронов по энергиям для ряда соединений с близки ми свойствами. Спайсер (Л. 105] исследовал генерацию' электронно-дырочных пар электронами с малой энерги ей в различных полупроводниках, причем особое внима
ние |
было уделено антнмонидам |
щелочных |
металлов. |
||
Он |
показал, что измерение |
энергетического |
распределе |
||
ния |
фотоэлектронов является |
мощным |
инструментом |
||
для |
получения информации |
о |
таких |
деталях зонной |
структуры полупроводников и металлов, которые труд но получить другими способами.
Утомление |
фотокатодов. |
При изучении |
фотоэмиссии |
|
термин |
«утомление» обычно |
используют |
в широком |
|
смысле |
слова, |
т. е. для обозначения как |
уменьшения, |
так и увеличения квантового выхода во времени. Такое определение удобно, поскольку одни и те же причины могут вызвать изменение квантового выхода в любую сторону. Утомление имеет одинаковую природу для большинства фотоэмиссионных материалов, поэтому справедливость сделанных ниже замечаний не ограничи вается Cs3Sb фотокатодом. При рассмотрении причин, вызывающих утомление фотокатодов, мы будем прово дить различие между утомлением в отсутствие фото 10ка и при наличии последнего.
Утомление |
в отсутствие фототока. Следует |
отметить |
по крайней мере три причины утомления в |
отсутствие |
|
эмиссионного |
тока. |
|
1. Наиболее очевидная причина — это наличие или постепенное появление течи в стеклянной колбе, содер жащей фотокатод. Вследствие чрезвычайной чувстви тельности поверхностных характеристик катода к при сутствию кислорода даже незначительные трещины, возникающие, например, на спае металла со стеклом, которые нельзя обнаружить никаким другим спосо бом, оказывают существенное влияние на эмиссионные свойства.
2. |
Изменение чувствительности может произойти, ес |
|||
ли фотокатод случайно оказался |
подвергнутым |
дейст |
||
вию |
интенсивного освещения, |
например солнечного |
||
света, |
которое нагрело |
материал |
до температуры, при |
|
которой он становится |
химически |
нестабильным. |
Для |
Cs3Sb эта критическая температура составляет прибли зительно 100 °С. Освещение фотокатода сильным светом, не сопровождающееся значительным увеличением тем пературы, по-видимому, не вызывает изменения эмисси онных свойств.
3. Изменение квантового выхода фотоэмиссии може г произойти в результате изменения химического состава материала, особенно в поверхностной области. Причина такого изменения может состоять в том, что актнвационный процесс не был доведен до конца или проводился при слишком низкой температуре. В результате матери ал находится в неравновесном состоянии. Изменения свойств такого материала могут происходить в течение длительного промежутка времени, поскольку при ком-
натной температуре процессы диффузии, которые приво дят к конечному состоянию равновесия, протекают очень медленно.
Утомление при отборе тока с катода. Причины утом ления фотокатода, описанные в предыдущем параграфе, могут быть устранены соблюдением необходимых усло вий. Однако при работе фотокатода происходит измене ние фоточувствительности, которое имеет более фунда ментальную природу. Обычно трудно связать это изме нение с какой-либо одной причиной, но можно выделить
несколько |
эффектов, которые оказывают наиболее |
су |
|||
щественное влияние на утомление фотокатодов. |
|
||||
Ионная |
бомбардировка |
фотокатода. Давление |
газа |
||
в фотоэлементах, изготовленных обычным |
способом, |
||||
составляет |
10- 0 —10~8 мм рт. ст. При |
таком |
давлении |
||
возможны |
случайные |
столкновения |
эмиттированных |
электронов с молекулами газа, приводящие к образова нию положительных ионов. Эти ионы бомбардируют фютокатод, в результате чего происходит изменение свойств его поверхности. Этот эффект зависит не только от природы и давления остаточных газов, но и от разно сти потенциалов между анодом и катодом, т. е. от энергии, с которой ионы бомбардируют фотокатод. Оче видно также, что изменение фотоэмиссии, возникающее благодаря этому эффекту, прямо пропорционально чис лу эмиттированных фотоэлектронов.
Сделанные выше замечания показывают, что утом ление, вызванное ионной бомбардировкой фотокатода, может быть уменьшено или даже полностью исключено одновременным выполнением трех условий. Первое — создание в фотоэлементе максимально высокого ваку ума; второе — максимальное снижение анодного напря жения; третье — работа фотокатода в условиях мини мального фототока. Как и следовало ожидать, при сни жении анодного потенциала ниже энергии ионизации большинства газов утомление фотокатода практически исчезает, а при фототоке ниже Ю - 8 — Ю - 7 а/см2 утом ление пренебрежимо мало даже при более высоком анодном потенциале. Поскольку на практике фототок обычно не превышает этой величины, в хорошо отка чанных фотоэлементах ионная бомбардировка не может служить основной причиной утомления фотокатода. Исключение составляют случаи измерения света слиш ком большой интенсивности.
Электронная |
бомбардировка |
положительных |
элек |
||
тродов |
прибора. Во время работы |
фотоэлектронных |
при |
||
боров, |
таких, |
как фотоумножители |
и преобразователи |
||
изображения, |
фотоэлектроны и |
вторичные электроны |
|||
с большой скоростью ударяются |
об электроды и изоли |
||||
рующие части |
прибора. При этом |
освобождаются |
ад |
сорбированные молекулы газа, которые могут влиять на свойства поверхности катода и тем самым вызывать из менение фотоэмиссии. Это изменение может оказаться особенно сильным в случае десорбции молекул воды или
кислорода. Как и в случае |
ионной |
бомбардировки |
като |
да, этот эффект становится |
более |
существенным |
при |
увеличении положительного |
напряжения на электродах |
и при увеличении фототока. Экспериментально доказа но, что в большинстве случаев этот тип утомления фотокатода может быть исключен тщательным обезгаживанием всех металлических и стеклянных частей прибора.
Влияние термоэлектронного катода. Дополнительный источник утомления фотокатода существует в приборах, содержащих термоэлектронный катод, например в теле визионных передающих трубках. Присутствие горячего катода может приводить к двум нежелательным эффек там. Во-первых, во время работы катода может выде ляться газ, и, во-вторых, из-за высокой температуры ка тода в приборе возникает температурный градиент, который может вызвать изменение равновесия между фотокатодом и другими частями прибора.
Электролитические эффекты. В полупрозрачных фо токатодах наблюдается еще один эффект утомления, который, 'по-видимому, более существен для СэзЭЬ, чем для других фотоэмиссионных материалов. Вследствие высокого сопротивления тонких пленок между выводом катода и наиболее удаленным от него участком уста навливается градиент потенциала, который может ока заться значительным при большой плотности фототока. Миязава и Фукухара [Л. 106] первые указали, что этот градиент потенциала вызывает электролитическое раз ложение соединения CseSb, сопровождающееся измене нием фотоэмиссионных характеристик. Если CseSb фото катод имеет два контакта, между которыми приложено напряжение, происходит быстрое электролитическое разложение материала катода, обнаруживаемое по из менению цвета пленки. На практике этот электролитиче-
ский эффект обычно незначителен, поскольку фототок слишком мал.
Следует отметить еще две особенности процесса утом ления фотокатодов. Во-первых, часто наблюдается, что во время работы чувствительность фотокатода проходит через максимум, т. е. вначале происходит увеличение квантового выхода, которое впоследствии сменяется его
уменьшением. |
Во-вторых, |
некоторые процессы |
утомле |
|||
ния |
обратимы |
после |
выключения фототока, в то время |
|||
как |
в других |
случаях |
чувствительность |
не возвращается |
||
к прежнему значению. С |
практической |
точки |
зрения |
|||
последние процессы |
более |
предпочтительны, поскольку |
в этих случаях после первоначального «старения» чувст
вительность фотокатода становится постоянной. |
|
||
Проведенное обсуждение позволяет сделать |
вывод, |
||
что при оптимальной |
вакуумной |
технологии приготов |
|
ления фотоэлементов |
утомление |
существенно |
только |
в двух случаях: в условиях сильного освещения |
фотока |
||
тода и при наличии |
на катоде разности потенциалов. |
4-7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Электрическое сопротивление Cs3Sb. После того как
было обнаружено, что в результате реакции |
Sb |
и |
Cs |
||||
образуется |
полупроводниковое |
соединение, |
сопротивле |
||||
ние которого в 105 раз больше, |
чем сопротивление |
ис |
|||||
ходных компонентов 1[Л. 71], большое число |
работ |
было |
|||||
посвящено |
исследованию |
величины |
сопротивления |
||||
С б з Б Ь « зависимости сопротивления от химического |
со |
става и температуры. Исследования зависимости сопро
тивления от температуры в случае |
монокристаллов |
Ge |
||
и Si, а также бинарных соединений |
АзВ5 и А2 Вб оказы |
|||
вают существенную помощь |
в понимании свойств |
этих |
||
веществ. Воспроизводимость |
таких |
измерений |
и, следо |
|
вательно, ценность полученных результатов |
в случае |
Cs3Sb ограничены из-за отсутствия до настоящего вре мени монокристаллов этого материала, а также невоз можности обеспечить воспроизводимую стехиометрию соединения. Вследствие этого критически оценить ре зультаты исследований невозможно, и ниже приведен только краткий обзор опубликованных работ.
Изменение сопротивления слоя в процессе образова ния Cs3Sb, т. е. при увеличении отношения Cs : Sb, изу чалось рядом авторов, в том числеСоммёром {Л. 72],