Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 107

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 22. Зависимость фото­ проводимости KaSb (гекса­ гонального) от энергии фо­ тонов (Л. 127].

Следует отметить, что все эксперименты, в которых была обнаружена .проводимость н-тппа, были выполнены на гексагональном, пурпурном KiSb. Кубическая моди­ фикация была исследована только Соммеїром и Маккеролом [Л. 140], которые нашли, что этот материал об­ ладает проводимостью р-типа, связанной, по-видимому, •с избытком сурьмы.

 

Фотопроводимость KaSb. Известна единственная рабо­

та

Спайсера

[Л. 127] по

измерению

фотопроводимости

 

 

Т

1

Г

КзЗЬ,

выполненная

с

целью

 

 

определения

 

ширины

 

запре­

 

 

 

 

 

щенной

зоны

материала.

 

 

 

 

 

Предполагая,

что

длинновол­

 

 

 

 

 

новая

граница

поглощения со­

 

 

 

 

 

ответствует

точке

на

спек­

 

 

 

 

 

тральной

характеристике,

где

 

 

 

 

 

начинается

экспоненциальный

 

 

 

 

 

спад

фотопроводимости

 

при

 

 

 

 

 

уменьшении

энергии

фотонов.

^

і

и:

і

і—^-J

Спайсер

получил, что

Eg

при­

близительно

 

равна

 

1

эв

 

0,4

0,8

1,2

1,6 эв

(рис.

22).

 

 

 

 

 

 

Оптические свойства KeSb. Поглощение света гексаго­ нальной модификацией Кз$Ь измерялось Спайсером [Л. 127],

Тафтом и Филиппом [Л. 96] и Маккеролом и Соммером [Л. 140]. Результаты этих работ хорошо со­ гласуются между собой. В качестве примера на рис. 23 приведена кривая, полученная Спайсером. Спектральная характеристика поглощения K3Sb в отличие от всех дру­ гих антимонидов щелочных металлов имеет резко выра­ женный минимум в видимой области спектра.

На рис. 24 приведены для сравнения спектральные характеристики поглощения гексагональной и кубиче­ ской модификаций K3Sb [Л. 140].

Интерпретация результатов измерений. По положению

порога фотопроводимости

(рис. 22),

качественно

согла­

сующемуся

с данными

по оптическому

поглощению

(рис. 23 и 24), Спайсер

[Л. 127] установил ширину за­

прещенной

зоны гексагонального

КзЭЬ

{Eg=\,\

эв).

В отличие от его результатов по Cs3Sb Спайсеру не уда­ лось добиться совпадения теоретической характеристики фотоэмиссии с экспериментальной. Поэтому он не смог


получить точного значения порога фотоэмиссии, а следо­ вательно, и величины электронного сродства. По оценке

Спайсера,

величина Еа

лежит в пределах от 1,1 до 1,8 эв.

На основании

изучения энергетического распределения

фотоэлектронов

Тафт

и Фи­

липп [Л. 96] сделали

вывод*

о том, что Еа

превышает

0,6 эв. Это значение

не про­

тиворечит

данным

Спайсе­

ра, но не уменьшает

неопре­

деленности в отношении точ­

ной величины

электронного

сродства.

 

 

 

 

Исследования кубическо­ го K3 Sb значительно менее полны, поскольку фотопро­ водимость этого материала никогда не изучалась, а из­ мерения фотоэмиссии небы­ ли выполнены в области до­ статочно длинных волн. Однако из рис. 24 можно ви­ деть, что порог оптического поглощения кубического ма­ териала сдвигается относи­ тельно порога гексагональ­ ной модификации примерно на 0,3 эв в сторону более ко­ ротких длин волн, что позво­

ляет

оценить

ширину

запре­

щенной зоны этого материа­

ла.

Согласно

этой

оценке

£g«*I,4 эв. Отсутствие дан­

ных по фотоэмиссии в длин­ новолновой области спектра затрудняет определение по­ рога фотоэффекта, хотя из рис. 21 видно, что порог ле­ жит в более длинноволновой области по сравнению с гек­

сагональной

модификацией

(величина

сдвига равна при­

мерно 0,4

эв).

Абсолютная

величина

суммы (Eg + Ea)

Рис. 23. Зависимость оптиче­ ского поглощения K3SD (гекса­ гонального) от энергии фото­ нов і[Л. 127].

•6 эв

Рис. 24. Сравнение оптическо­ го поглощения в гексагональ­ ном н кубическом KsSb {Л. 140J.


равна приблизительно 2,3 эв, что соответствует значению

электронного

сродства £ а ~ 0 , 9 эв.

Трудность

установления четко определенного и вос­

производимого порога фотоэмиссин для гексагональной

модификации K3Sb связывается

Спайсером [Л. 127] с раз­

личием

стехиометрического избытка щелочного

металла

в разных образцах. Предполагается, что K3Sb

обладает

проводимостью /г-тапа благодаря избытку

К и что хими­

ческое

равновесие материала

не очень

чувствительно

к малым изменениям количества избыточного К- В под­ тверждение этой интерпретации Спайсер отмечал значи­ тельное расширение длинноволновой области чувстви­ тельности в K3Sb фотокатодах, которые содержали спе­ циально увеличенный избыток калия. Если флуктуации порога фотоэффекта происходят благодаря избытку К, кубический материал, который обладает проводимостью р-типа и имеет стехиометрический недостаток К, должен иметь более стабильную длинноволновую границу по­ добно Cs3Sb. Из кривых, приведенных на рис. 21, мы действительно можем сделать такой вывод. Однако фотоэмиссионные исследования кубического K3Sb должны быть расширены в спектральную область более низкого квантового выхода для того, чтобы предполагаемую раз­ ницу между кубическим и гексагональным K3Sb можно было считать доказанной.

 

На основании измерений распределения фотоэлектро­

нов

по энергиям

для гексагонального

K3Sb

Спайсер

[Л.

105] и Тафт и Филипп {Л. 96] сделали

вывод, что по­

рог

генерации

электронно-дырочных

пар

достигает

в этом материале 3,7 эв. Это примерно па 2,6 эв больше, чем энергия, соответствующая ширине запрещенной зо­ ны, при которой генерация пар становится энергетически возможной. Аналогично тому, как низкий порог генера­ ции пар в Cs3Sb объяснялся нарушением упорядоченно­ сти кристаллической решетки этого материала, высокий порог в K3Sb связывается с высокой степенью упорядо­ ченности кристаллической решетки K3 Sb. Детали этой проблемы рассмотрены в работах Спайсера и Тафта и Филиппа, а также имеющейся в этих работах библио­ графии. В связи с этим вопросом значительный ин­ терес представляют измерения энергетического рас­ пределения фотоэлектронов из кубического K3 Sb, однако описание таких измерений в научной литературе пока отсутствует.


5-2. СУРЬМЯНО-РУБИДИЕВЫЙ ФОТОКАТОД

Аналогично Cs3Sb и K3Sb максимальная фоточувст­ вительность Rb-Sb соединений соответствует соединению состава Rb3Sb (Соммер [Л. 72]). Квантовый выход и длинноволновый порог фотоэмиссии Rb3Sb в соответст­

вии с .положением

Rb в Периодической системе ближе

к соответствующим

величинам для Cs3Sb, чем для дру­

гих антимонндов щелочных металлов, по недостаточно

высоки

 

для

практического

 

 

 

 

 

 

использования этого фотока­

 

 

 

 

 

 

тода.

Исследования,

посвя­

 

 

 

 

 

 

щенные

этому

материалу,

 

 

 

 

 

 

интересны

прежде всего по­

 

 

 

 

 

 

тому, что они подтверждают

 

 

 

 

 

 

тот факт,

что большинство

 

 

 

 

 

 

свойств Rb3Sb являются про­

 

 

 

 

 

 

межуточными

между

свой­

 

 

 

 

 

 

ствами

 

соединений Cs и К

 

 

 

 

 

 

с сурьмой, как и следовало

 

 

 

 

 

 

ожидать, исходя

из положе­

 

 

 

 

 

 

ния Rb между Cs и К в Пе­

 

 

 

 

 

 

риодической

системе.

 

 

 

 

 

 

 

Исследования

кристал­

 

 

 

 

 

 

лической структуры, а также

Рис. 25.

Спектральная

харак­

фотоэмиссиониых

и электри­

ческих

свойств показывают,

теристика

квантового

 

выхода

фотоэмиссии из Rb3Sb фотока­

что Rb3Sb встречается

как в

тода.

Сплошная

линия

соот­

кубической, так и в гексаго­

ветствует

измерению

при ком­

нальной

модификациях, при­

натной

температуре,

крестики

чем иногда обе модификации

относятся

к 77 °К,

пунктирная

линия — теоретическая

кри­

присутствуют

вместе.

Такое

 

вая [Л. 127]. -

 

поведение

Rb3Sb

также

являются

промежуточными

указывает,

что его свойства

между Cs3Sb, который известен только в кубической фор­ ме, и K3Sb, который более стабилен в гексагональной, чем в кубической, модификации. В то время как Журав­ лев и др. [Л. 141] нашли, что Rb3Sb в виде порошка об­ ладает гексагональной структурой, Чикава и др.[Л. 1I9J получили, что во время обычного процесса образования фотокатода сначала формируется кубический материал, который при дальнейшей обработке в парах,Rb частично, но не полностью превращается в гексагональную моди­ фикацию. Имамура [Л. 118] полагает, что Rb3Sb кубиче­ ской модификации был исследован в его ранней работе


[Л. 117], в которой по знаку Термо-э. д. с. было опреде­ лено, что материал обладает проводимостью />типа.

Фотоэмиссия, оптическое .поглощение и фотопроводи­ мость P\b3Sb были измерены Спансером [Л. 127]. Ему удалось добиться совпадения теоретической кривой с экс­ периментальной характеристикой квантового выхода фо-

тоэмпссии

(рис. 25). Спайсер

получил

значения 1,0 и

1,2 эв для ширины запрещенной

зоны Eg

и электронного

сродства Еа

соответственно.

электронов по энергиям

Из измерений распределения

Спайсер |[Л. 105] нашел, что порог генерации пар состав­ ляет 3 эв, т. е. в 3 раза превышает ширину запрещенной зоны. Он приписал эту величину гексагональному Rb3Sb с упорядоченной кристаллической структурой, хотя при­ сутствие в его экспериментах кубического материала, повидимому, не исключалось.

5-3. СУРЬМЯНО-НАТРИЕВЫЙ ФОТОКАТОД

Экспериментальные исследования Na3Sb позволяют сделать общий вывод о том, что свойства антимонидов щелочных металлов систематически изменяются в зави­ симости от положения щелочного металла в Периодиче­ ской системе; например, Cs3Sb известен только в куби­ ческой форме, Rb3Sb более стабилен в кубической, чем в гексагональной, форме, K3Sb более стабилен в гексаго­

нальной форме, чем в куби­ ческой, и, наконец, Na3Sb наблюдался только в гекса­ гональной форме. Кристал­ лическая структура массив­ ного Na3Sb была установле­ на Брауэром и Зинтлем [Л. 141]; аналогичную гекса­ гональную структуру нашли Чикава и др. (Л. 119] у пле­ ночных фотокатодов, полу­ ченных испарением.

Рис. 26. Спектральная харак­ теристика квантового выхода Na3 Sb {Л. 127].

Соммер [Л. 124] указал, что Na3Sb обладает проводи­ мостью /г-типа. Этот резуль­ тат был подтвержден в рабо­ те Имамуры [Л. 117] по из­ мерению знака термо-э. д. с.