Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

же время порог фотоэмиссии оказался недостаточно чет­ ким и слабо воспроизводимым. Спайсер получил, что

с возбуждением электронов с уровней дефектов, распо­ ложенных вблизи дна зоны проводимости. Спектральная

новая граница исследованного материала близки к этим величинам для Cs3Sb, хотя из положения Li в Периоди­ ческой системе следовало ожидать значительно более, низких величин в соответствии с рядом Cs3Sb—Rb3Sb— K3Sb—>Na3Sb. Айве и Олпин (Л. 146] нашли, что порог фотоэмиссии испаренных пленок металлического Li ле­ жит также в более длинноволновой области спектра по сравнению с Na. Это расходится с общепризнанной точ­ кой зрения, что работа выхода щелочных металлов уве­ личивается с уменьшением атомного номера.

Во всех этих исследованиях Li вводился в фотокатод путем перегонки металла со стеклянной подложки. Пы­ таясь воспроизвести результаты Герлиха и Шетти и Баумгартнера, Соммер (Л. 147] обнаружил, что при на­ гревании металлического Li испаряются только неболь­ шие количества Na и К, содержащиеся в Li в качестве примесей, а сам Li вступает в реакцию со стеклом при температуре, более низкой, чем требуется для его испа: рения. Отсюда следует сделать вывод, что результаты,

полученные в ранних экспериментах, связаны, по-види­ мому, с неумышленным введением в фотокатод Na или К (или обоих элементов вместе), а не Li. Это подозрение подтверждается результатами Поля и Принсгенма [Л. 148], которые указывали, что Li надо испарять с ме­ таллической подложки для того, чтобы избежать его хи­ мической реакции со стеклом или кварцем, и что первая порция Li, испаряемая из массивного материала, неиз­ бежно содержит Na в качестве загрязнения.

Выяснение роли примесей Na и К в Li привело к от­ крытию «многощелочпого» фотокатода (см. гл. 6), а так­ же помогло объяснить некоторые неожиданные резуль­ таты, полученные ранее с «литием». В качестве примера

ся К, а затем Na, что и приводило к наблюдаемому уве­ личению работы выхода. Шетти указывал на существо­ вание двух типов Li-Sb фотокатодов: пурпурного фото­ катода с низкой чувствительностью я фотокатода желтоватого цвета с высокой чувствительностью. Первый тип фотокатода, вероятно, является гексагональным КзБЬ, а второй — Na-K-Sb — многощелочным соединением.

Предполагая, что предшествующие измерения были ошибочно выполнены не на Li3 Sb, а на соединениях Sb с разными количествами К и Na, Соммер [Л. 55] попы­ тался изготовить соединение Li с Sb, используя метал­ лический литий, который предварительно был полностью освобожден от Na и К, и перегоняя Li с вольфрамовой подложки, а не со стекла или кварца. Низкое давление паров Li затрудняло получение соединения с оптималь­ ным отношением Li и Sb, так как избыток щелочного металла нельзя было удалить прогревом, как при изго­ товлении других антимонидов щелочных металлов.

Результаты Соммера поэтому не являются оконча­ тельными, но они знаменательны .подтверждением того, что Li-Sb фотокатод обладает более низким квантовым выходом, чем Na3Sb, а его порог фотоэмиссии находится в более коротковолновой области спектра, как и следо^ вало ожидать нз положения Li в Периодической системе.

Изучив более подробно свойства Li-Sb фотокатода, Гоб'рехт {Л. 149] подтвердил результат Соммера, пока­ зывающий, что нельзя получить соединения с высокой

чувствительностью, если удалить из Li примеси Na и К. Гобрехт также измерил изменение сопротивления слоя во время реакции Sb с Li и обнаружил острый пик, сов­ падающий с максимумом чувствительности, который он связал с образованием соединения Li3 Sb. Он пытался определить ширину запрещенной зоны Eg из температур­ ной зависимости сопротивления и величину (Eg + Ea) по порогу фотоэмиссия. Гобрехт получил величину энергии активации 1,0 эв, интерпретируя ее как ширину запре­ щенной зоны материала. Эта интерпретация представ­ ляется сомнительной, особенно в све­ те результатов, полученных при измерении энергии активации дру­ гих антимонидов щелочных метал­ лов, у которых энергия активации проводимости определяется глуби­ ной уровней дефектов. В то же вре­ мя величина ширины запрещенной зоны 1,0 эв кажется разумной, по­ скольку она близка к соответствую­ щим величинам, полученным для

Кз$Ъ, Rb3Sb и Na3Sb. Для подтвер­ ждения значения Eg необходимо провести измерения спектральной зависимости оптического поглоще­ ния и, если возможно, фотопроводи­ мости антимонида лития.

При определении порога фо­ тоэффекта из спектральной ха­

рактеристики фотоэмиссии (рис. 27) Гобрехт встре­ тился с трудностью, которая уже отмечалась при опи­

лись. Однако можно предположить, что этот материал имеет гексагональную структуру и проводимость «-типа, поскольку так же, как и гексагональные K3 Sb и Na3Sb, он имеет высокое электронное сродство и неопределен­ ный порог фотоэмиссии.

Г л а в а ш е с т а я МНОГОЩЕЛОЧНЫЕ Ф О Т О К А Т О Д Ы

6-1. Na-K-Sb и Cs-Na-K-Sb ФОТОКАТОДЫ

Характеристики Na-K-Sb и Cs-Na-K-Sb фотокатодов будут рассмотрены вместе, поскольку эти фотокатоды имеют много общих свойств.

чем процесс изготовления однощелочных соединений, ко­ торые могут быть получены .путем введения ..избытка ще­ лочного металла и последующего удаления этого избыт­ ка прогревом фотокатода до получения максимальной чувствительности. Неизвестно никаких методов, с по­ мощью которых отношение Na и К в многощелочном ка­ тоде можно было бы контролировать аналогично тому, как контролируется отношение щелочного металла к сурьме. Поэтому при изготовлении многощелочных фо­ токатодов обычно используют следующий процесс, со­ стоящий из нескольких этапов (или какой-либо вариант

2 : 1 , поэтому на практике введение Na продолжают до резкого падения фоточувствительностн, свидетельствую­ щего об избытке Na. На этой стадии соединение может

и К к слою поочередно добавляются небольшие количе­ ства К и Sb. Этот процесс проводится при температуре 160°С и продолжается до получения максимума фото-

ваться до 50 дополнительных порций К и Sb. На этом процесс изготовления двухщелочиого соединения Na2 KSb заканчивается.

5. Для изготовления трехщелочного фотокатода нуж­ но добавлять поочередно небольшими порциями Cs и Sb аналогично тому, как на четвертом этапе добавлялись К и Sb. Этот процесс также проводится при температуре около 160 °С и продолжается до получения максималь­ ной фоточувствительности. Вопрос об оптимальном стехиометрическом количестве Cs обсуждается ниже.

Весь процесс может быть символически записан в ви­ де следующей диаграммы:

Существуют многочисленные модификации этого про­ цесса. Щелочные металлы можно вводить в различной последовательности, например Na или Cs раньше, чем К. В широких пределах можно изменять температуру на разных этапах процесса приготовления фотокатода. На­ конец, толщина первоначальной пленки сурьмы, по-види­ мому, не является критической. При этом следует иметь в виду, что толщина пленки фотокатода зависит ие толь­ ко от количества Sb, нанесенной на первом этапе, но и от дополнительных порций Sb, испаряемых в процессе изготовления. В настоящее время не существует убеди­ тельных доказательств того, что какая-либо определен­ ная модификация технологического процесса позволяет получать фотокатоды с более высокой чувствитель­ ностью.

В отличие от результатов, полученных на Cs3Sb, чув­ ствительность (Cs)Na2 KSb в красной области спектра уменьшается при поверхностном окислении. Следует под­ черкнуть, однако, что это утверждение справедливо толь­ ко для фотокатодов с высокой чувствительностью. В ли­ тературе имеются сообщения (например, Гусельников и Хохлова {Л. 150]) о том, что окисление увеличивает чув­ ствительность в красной области спектра, но это отно­ сится, по-видимому, только к фотокатодам с чувствитель­ ностью ниже средней.

Другими словами, неизвестны случаи, когда после по­ верхностного окисления чувствительность фотокатода