Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

палось, для возбуждения электрона из валентной зоны в зону проводимости необходимо, чтобы энергия фотона превышала ширину запрещенной зоны Е8. Для того что­ бы выйти в вакуум, электрон должен иметь энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, равного величине электронного сродства Еа. На диа­ грамме Еа представляет собой расстояние между дном зоны проводимости и уровнем вакуума. Следовательно,

Для того чтобы материал оказался чувствительным хотя бы в части видимой области спектра, необходимо, чтобы

о

области спектра вплоть до 7 000 А). Последнее условие выполняется в некоторых сложных полупроводниках, представляющих собой эффективные фотокатоды.

Следует отметить, что положение уровня Ферми, по­ казанного на рис. 1, как для собственного полупроводни­ ка, посередине между валентной зоной и зоной проводи­ мости, непосредственно не связано с длинноволновой границей фотоэлектронной эмиссии. В полупроводниках уровень Ферми определяет термоэлектронную работу выхода, которая для случая, показанного на рис. 1, равна (t/zEg+Ea). Этим полупроводники отличаются от металлов, у которых работа выхода Ф, равная разно­ сти энергии между уровнем Ферми и уровнем вакуума, определяет как термоэлектронную эмиссию, так и длин­ новолновый порог фотоэлектронной эмиссии (т. е. тер­ моэлектронная и фотоэлектронная работы выхода сов­ падают) .

Проведенный анализ показывает, что только от полу­ проводниковых материалов можно ожидать высокого квантового выхода и наличия фоточувствительности

в длинноволновой области спектра. Из-за значительные потерь на первых двух этапах эмиссионного процесса, а также из-за ограничения порогу фотоэмиссии величи­ ной работы выхода максимальный квантовый выход ме­ таллов в видимой области спектра составляет величину порядка Ю - 4 (электронов на падающий фотон). Кванто­ вый выход фотоэмиссии некоторых полупроводниковых

1-3. ФОТОЭМИССИЯ ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

В предыдущем параграфе было показано, что длинноволновая граница фотоэлектронной эмиссии из полупроводников определяется величиной (Eg+En). Было показано также, что основным требова­ нием для получения высокого квантового выхода из полупроводнико­ вого фотокатода является большая величина коэффициента оптиче­ ского поглощения. Рассмотрим дополнительные факторы, определяю­

щие величину квантового выхода и длинноволно­ вую границу фотоэлек­ тронной эмиссии полу­ проводников.

фотоэлектронов может быть рассеяние на фононах. Поскольку s од­ ном акте рассеяния на фононах фотоэлектрон теряет лишь незначитель­ ную часть своей энергии, вероятность выхода его в вакуум в этом случае велика. В другом случае, если фотоэлектрон имеет достаточную энергию для того, чтобы возбудить второй электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом энергия обоих элек­ тронов оказывается недостаточной для выхода в вакуум. Экспери­ менты показали, что генерация электронно-дырочной пары происхо­ дит с большей вероятностью, чем выход фотоэлектрона в вакуум.

и, следовательно, одинаковые значения длинноволновой границы фо­ тоэмиссии. Однако максимальное значение квантового выхода мате-

риала с высоким отношением /^/^(CsaSb) более чем п 10 раз пре­ вышает квантовый выход фотоэмиссии соединения с более узкой запрещенной зоной (CS2B1).

Следует отметить, что это «правило Ее[Еау> носит лишь качест­ венный характер. Относительная вероятность генерации пары и элек­ тронной эмиссии определяется деталями зонной структуры материа­ ла, главным образом распределением плотности электронных состоя­ нии в соответствующих зонах. Хорошим примером материала с ма­ лой запрещенной зоной и большим электронным сродством, -обладаю­ щим, однако, большим квантовым выходом фотоэмиссии, является сульфид кадмия (Л. 62].

значителен и не имеет большого практического значения. Причина этого заключается в малой величине коэффициента примесного по­ глощения по сравнению -с собственным поглощением света. Из-за малости коэффициента примесного поглощения лишь незначительная часть падающего света поглощается в приповерхностной области, толщина которой равна глубине выхода электронов, и квантовый вы­ ход примесного фотоэффекта оказывается невысоким. При наблюде­ нии фотопроводимости ситуация отличается тем, что, поскольку воз­ бужденные электроны не должны выходить в вакуум, «полезное» поглощение света происходит во всем объеме материала.

Изгиб зон. Присутствие примесных уровней может влиять и на фотозмиссию из валентной зоны полупроводника. Как указал Спай-

оптически возбужденные из валентной зоны на расстоянии от по­ верхности, превышающем ширину области изгиба зон а, ускоряются

чувствительных фотокатодах.

Многоэлектронные и многофотонные эффекты. До сих пор мы

исходили из предположения, что максимальный квантовый выход до-