Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

мин и зеленовато-желтый цвета. При продолжении окис­ ления цвета повторяются в той же последовательности. Экспериментально было установлено, что для получения окисного слоя оптимальной толщины следует прекра­ щать окисление при появлении первого синего или зеле­ новато-желтого цвета. Обычно полагают, что при окис­ лении в разряде образуется окись серебра Ag20.

Окисление серебряного слоя для получения полупро­ зрачного Ag-0-Cs фотокатода представляет некоторые трудности. Дело в том, что серебряную пленку в этом случае нельзя использовать в качестве отрицательного электрода, поскольку ее сопротивление слишком велико с самого начала и увеличивается по мере окисления. По­ этому окисление тонкой серебряной пленки проводят в высокочастотном разряде. Один электрод генератора высокой частоты располагают снаружи прибора, вблизи серебряной пленки, а другим электродом служит коллек­ тор или любой другой электрод внутри прибора. По­ скольку окись серебра Ag20 практически прозрачна для видимого света, за ходом окисления можно следить по увеличению пропускания света серебряной пленкой. Окисление обычно прекращают после того, как пропу­

скание света

достигает 100% первоначальной величины

(до испарения

серебра).

Следует отметить различие между процессами окис­ ления полупрозрачного и массивного фотокатодов. Вопервых, во время окисления тонкой серебряной пленки не удается наблюдать изменения ее цвета, так что нельзя сказать, одинаковы ли толщины окисной пленки в этом случае и при окислении толстого слоя серебра. Во-вто­ рых, поскольку тонкая пленка окисляется в высокоча­ стотном разряде, она бомбардируется как положитель­ ными, так и отрицательными ионами кислорода, в то время как массивный серебряный слой, служащий отри­ цательным электродом в разряде постоянного тока, мо­ жет бомбардироваться только положительными ионами. Однако эти особенности процессов окисления практиче­ ски не влияют на конечную чувствительность фотокато­ дов и поэтому подробно не изучались.

3. Обработка цезием. Процесс обработки цезием при изготовлении Ag-0-Cs фотокатода обладает одной осо­ бенностью, которая отличает его от аналогичного процес­ са при изготовлении антимонидов щелочных металлов. При изготовлении антимонидов. избыток, щелочного ме,-

галла может быть удален прогревом или компенсирован добавлением сурьмы. В отличие от этого избыток Cs в Ag-0-Cs фотокатоде вызывает необратимые изменения его свойств. Поэтому процесс обработки цезием в этом случае является значительно более критичным и требует большой осторожности.

Для активации непрозрачных фотокатодов разрабо­ тано несколько методов. Наиболее удачными, по-види­ мому, являются следующие:

а)

Весь

прибор

нагревается до температуры.

150—

200 °С,

в то

время

как катод остается холодным,

т. е.

поддерживается при температуре, близкой к комнатной. Затем Cs осторожно перегоняется на фотокатод до тех пор, пока его цвет не становится темно-коричневым.

Следует отметить, что цвет катода

зависит от типа се­

ребряной подложки и существенно

различается, напри­

мер, для испаренных в вакууме и химически

нанесенных

слоев серебра. Поэтому этот

процесс может

быть изу­

чен только непосредственным

наблюдением.

Поскольку

стенки прибора поддерживаются при высокой темпера­ туре, Cs не может на них конденсироваться и в приборе не образуется избытка щелочного металла. После окон­ чания перегонки Cs весь прибор вместе с фотокатодом нагревается до температуры 150—'200°С до тех пор, пока не установится постоянный фототок. В течение этой ча­ сти процесса возникает большой термоэлектронный ток с катода, быстро достигающий постоянной величины. Аб­ солютная величина термоэлектронного тока зависит не только от свойств данного фотокатода, но, естественно, и от его площади и температуры.

б) Весь прибор, включая фотокатод, нагревается до температуры 150—200°С, после чего в объем осторожно вводится Cs. Процесс контролируется по изменению фо­ тотока и термоэлектронной эмиссии. При увеличении ко­ личества Cs фототок постепенно увеличивается. Термо­ электронная эмиссия появляется значительно позднее, но затем быстро растет. Типичный ход изменения фотоэмис­ сии и термоэмиссии во время обработки цезием приве­ ден на рис. 37. Вблизи максимума фототока термоэлек­ тронная эмиссия достигает острого максимума и затем быстро уменьшается до нуля. В это время фототок па­ дает до некоторого промежуточного значения, после чего медленно меняется со временем. Эмпирически найдено, что лучше всего прекратить введение Cs в момент ис-

7^10

97

чезновеиия термоэмисспн. В дальнейшем прогрев при­ бора продолжается до тех пор, пока фототок не дости­ гнет стабильной величины. В это время термоэмиссия снова возникает и также стабилизируется.

в) Оба предыдущих метода удобны для получения наилучших результатов в отдельных приборах, однако они занимают много времени и требуют значительного опыта и мастерства. При производстве серийных фото­ элементов необходим процесс, который может автомати­

чески предотвращать

опасность введения избытка

Cs.

Это требование может

быть обеспечено одним из

двух

методов. В первом методе эмпирически подбирается ко­

личество

материала

в источнике

цезия

таким образом,

чтобы он

содержал

количество

Cs, необходимое

для

оптимальной обработки катода

данной

площади.

Весь

Cs освобождается сразу, до или во время прогрева при­

бора. В другом методе в

прибор

вводится

геттер

цезия,

т. е. материал, который

связывает

нежелательный

избы­

 

 

 

 

 

 

 

ток

Cs. В качестве

геттера

 

 

 

 

 

 

 

можно

использовать,

свин­

 

 

 

 

 

 

 

цовое

стекло,

которое

энер­

 

 

 

 

 

 

 

гично

реагирует

с

цезием,

 

 

 

 

 

 

 

особенно

при

повышенной

 

 

 

 

 

 

 

температуре.

 

 

 

 

 

 

«-

§

 

 

 

 

 

Изготовление

 

полупро­

О»'

 

 

 

 

 

зрачных

фотокатодов

н

не­

 

 

 

 

 

прозрачных

фотокатодов

с

 

 

 

 

 

испаренным

слоем

 

серебра

^ Si

 

 

 

 

 

отличается

от предыдущих

•fr

. .

0,5'

1,0

1,5

2,0

2,5

 

 

способов тем, что после окис­

 

 

 

Cs:0

 

 

ления обычно проводится до­

Рис. .37. Изменение фотоэмис­

полнительное

испарение

се­

сии (кривая /) и термоэлек­

тронной

эмиссии

(кривая

2)

ребра, которое, по-видимому,

в течение реакции окиси се­

оказывает

 

благоприятный

ребра с

цезием

в

зависимости

эффект

на

 

окончательную

от

отношения

Cs : О [Л.

179].

чувствительность

фотокато­

да. Для непрозрачного фотокатода испарение Ag

продол­

жается до тех пор, пока цвет окиси не изменится до темнопурпурного. В случае полупрозрачного фотокатода испа­ рение прекращается в тот момент, когда пропускание све­ та снова уменьшится до 50% (после окисления пропуска­ ние достигает 100%). Следует отметить, что при повтор­ ном испарении серебра прозрачность пленки уменьшает­ ся на такую же величину, как и при первом испарении.

Однако это не означает, что в обоих случаях наносится одинаковое количество серебра, поскольку оптические свойства тонкой пленки серебра на Ag 2 0 могут отличать­ ся от свойств пленки Ag на стекле. Это еще один вопрос, который можно было бы экспериментально решить срав­ нительно просто, но который, по-видимому, не исследо­ вался.

После второго испарения серебра проводится обра­ ботка слоя цезием. При этом обычно используют второй метод активировки, описанный для непрозрачного фото­ катода. Изменения фототока и термоэлектронной эмис­ сии происходят в той же последовательности, как пока­ зано на рис. 37 для непрозрачного фотокатода. После окончания обработки цезием прибор прогревается до по­ лучения постоянной фотоэмиссии.

4. Дополнительное нанесение серебра. В фотоэлемен­ тах, изготовленных с испаренным серебряным слоем, по­ лупрозрачных и непрозрачных, испаритель серебра обыч­ но используют и для дополнительного нанесения серебра после обработки цезием. Этот процесс был разработан Аса о [Л. 174] и Асао и Сузуки [Л. 175]. Серебро испа­ ряется на холодный (при комнатной температуре) фо­ токатод, причем процесс испарения контролируется по величине фототока. После начального подъема чувстви­ тельность падает, и испарение прекращается в тот мо­ мент, когда фототок уменьшается примерно до половины первоначальной величины. Затем прибор прогревается до получения постоянной фотоэмиссии. Конечная чувст­ вительность катода к белому свету значительно превы­ шает величину чувствительности перед последним нане­ сением серебра.

5. Поверхностное окисление. Дополнительным процес­ сом, который часто (но не всегда) приводит к дальней­ шему улучшению фоточувствительности, является тща­ тельно контролируемое поверхностное окисление катода [Л. 176]. Так же как в случае Cs3Sb фотокатода, кисло­ род очень осторожно вводится в прибор. Окисление контролируется по величине фототока. Величина чувст­ вительности, особенно вблизи порога, сначала увеличи­ вается, а затем при продолжении обработки слоя кисло­ родом падает. Процесс окисления отличается от анало­ гичного процесса для Cs3Sb тем, что продолжение окис­ ления после максимума фототока не приводит к необра­ тимому ухудшению чувствительности. Более того, про-

7*

99

Смотрите также файлы