Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

образование Cs2 0 происходит согласно приведенной выше схеме. Анализ Ag-0-Cs фотокатода, проведенный Сом­ мером на полностью окисленном серебряном слое, пока­ зал, что отношение A g : Cs равно 1 : 1 также в соответст­ вии с приведенной реакцией. Однако, как уже отмечалось,

ва, а также вследствие того, что Cs, адсорбированный на

лева [Л. 180] на основании радиоактивациониого анализа получила в одном эксперименте, что только 60—80% Cs, найденного в приборе, можно было отнести к фотока­ тоду. Таким образом, количественный анализ на Cs явно недостаточен для того, чтобы доказать или опроверг­ нуть присутствие в фотокатоде малого количества дру­ гих окисей цезия или элементарного Cs.

Присутствие в фотокатоде других окисей цезия, кро­ ме Cs2 0, представляется возможным, поскольку установ­ лено существование многих окисей цезия, и некоторые из них легко образуются в результате простой реакции Cs с кислородом. Согласно Брауэру [Л. 181] различные недокиси с меньшим содержанием кислорода по сравне­

ляли вначале недокись, а затем удаляли из нее избыток

зано, хотя и весьма вероятно исходя «з обсужденных выше экспериментов.

Значительно труднее доказать или опровергнуть при­ сутствие в материале небольшого количества элементар­ ного Cs. Не существует химического метода, который при анализе столь малых количеств вещества мог бы от­ личить свободный Cs от Cs, входящего в состав окиси. На основе определения полного количества Cs в приборе

лизе учитывается Cs, адсорбированный на других частях прибора, что приводит к завышенному значению.

Наиболее интересным экспериментальным фактом, связанным с этим вопросом, является влияние поверх­ ностного окисления на чувствительность фотокатода (см.

в окислении Cs2 0 до перекиси и недокиси до Cs2 0. Вос­ становление чувствительности в результате прогрева по­ сле окисления моЛіно объяснить диффузией Cs из объема к поверхности или разложением перекиси. Подтвержде­ нием гипотезы, предполагающей существование свобод­ ного Cs в фотокатоде, может служить наблюдение, что продолжительное окисление необратимо уменьшает фо­

чувствительности в ранней стадии переокислеиия свя­ зано с диффузией Cs к поверхности, то необратимое окисление можно объяснить истощением свободного Cs в объеме. Если считать, что правильно другое предполо­ жение, т. е. если переокисление приводит к образованию перекиси, которая разлагается при прогреве, то для объ­ яснения необратимости переокисления нужно сделать до­

Наиболее непонятный эффект, относящийся к пробле­ ме окиси цезия, состоит в потере чувствительности при обработке основного слоя Ag 2 0 избыточным количеством цезия (см. предыдущий параграф). При такой обработке следовало бы ожидать образования недокиси, которая, как уже отмечалось, должна снова превращаться в C S 2 O при простом прогреве. В настоящее время не имеется ни­ какого объяснения необратимости вредного влияния из­ бытка Cs (см., однако, следующий параграф).

Таким образом, можно считать установленным, что основными составными частями Ag-U-Cs фотокатода яв­ ляются элементарное серебро и C S 2 O . Этот вывод под­ тверждается также рентгеноструктурным анализом ка­ тода (Маккерол [Л. 153]). Присутствие очень малых ко­ личеств других компонентов (в частности, элементарного цезия, недокисей цезия и перекисей цезия) весьма веро­ ятно, но не может быть установлено никакими физиче­ скими или химическими методами.

7-4. СТРУКТУРА Ag-0-Cs ФОТОКАТОДА

Нет никаких сомнении, что микроскопическая и суб­ микроскопическая структура Ag-0-Cs фотокатода имеет важное значение для эмиссионного процесса, но основная информация по этому вопросу носит лишь качественный характер. Рассмотрим основные экспериментальные ре­

сии сделали вывод о пятнистости поверхности фотокато­ да. Однако они не. смогли обнаружить пятен в преобра­ зователе изображений (см. гл. 11) с Ag-0-Cs фотокато­ дом, что свидетельствует о малых размерах этих пятен. Быховская и Кушнир [Л. 185] использовали электроннооптическое усиление в преобразователе изображения (эмиссионный электронный микроскоп) с Ag-0-Cs фото­ катодом, что позволило им получить разрешение при­ мерно в 1 мкм. Они наблюдали характерные неоднород­ ности в распределении эмиссионного тока, которые были наиболее заметны при освещении катода в длинновол­ новой области спектра. Быховская -и Кушнир заметили, что испарение последнего слоя серебра (см. § 7-2) уда­ ляет пятна с максимальной чувствительностью и делает эмиссионный ток более однородным.

Соболева и др. |7Т. 186] нашли для полупрозрачного Ag-0-Cs фотокатода прямую корреляцию между микро­ скопическим рельефом поверхности и чувствительностью фотокатода в припороговой области спектра. Они обна­ ружили, что наименее зернистые поверхности имели наи­ более длинноволновый порог. Они также нашлп, что зер­ нистость готового фотокатода тесно связана с зер­ нистостью исходной серебряной пленки. Эти авторы по­ лучили наиболее гладкие серебряные пленки путем очень медленного испарения серебра. Фотокатоды, изготовлен­ ные на основе таких пленок, обладали спектральной ха­ рактеристикой, наиболее вытянутой в длинноволновую область спектра.

Наиболее подробные исследования структуры Ag-0-Cs фотокатода были выполнены, вероятно, Фримером и Ге­ расимовой (Л. 187], которые использовали методы элек­ тронной микроскопии. Поскольку материал не может быть исследован непосредственно в электронном микро-

ЮЗ

скопе из-за недостаточно высокого вакуума в приборе и вредного влияния электронной бомбардировки, они ис­ пользовали косвенный метод исследования кварцевых реплик. Наиболее важные результаты этих исследований состоят в следующем.

Испаренные слои серебра, толщина которых равна толщине слоев, используемых для приготовления Ag-0-Cs фотокатодов, состоят из отдельных маленьких

о

кристаллитов, линейные размеры которых близки к 200 А. (Это относится к серебру, испаренному с определенной скоростью; влияние скорости испарения на размер кри­ сталлитов не исследовалось и может быть существен­ ным.) Окисление в тлеющем разряде не меняет заметно этой структуры, но реакция с цезием вызывает значи­ тельные изменения. Наиболее интересная особенность в случае непрозрачного фотокатода состоит в том, что любое отклонение от «стандартного» процесса изготов­ ления проявляется в изменении поверхностной структу­ ры. В частности, значительные изменения происходят при окислении серебра на большую глубину и при введении избытка Cs.

Эти результаты важны в связи с двумя наиболее пепонятным'И проблемами, обсуждавшимися в § 7-2. Вопервых, было неясно, почему в случае непрозрачного фо­ токатода глубина окисления и, следовательно, толщина фотокатода не должны превышать минимальную толщи­ ну, требуемую для поглощения света. Во-вторых, было непонятно, почему вредное действие избытка Cs необра­ тимо (чувствительность фотокатода не восстанавливает­ ся при последующем отжиге). Из электронно-микроско­ пических исследований следует, что существует опти­ мальная поверхностная структура, которая ухудшается при увеличении толщины слоя и введении избытка Cs.

Фример и Герасимова исследовали соотношение меж­ ду фоточувствительностыо катода и его структурой и на­ шли, что «пятнистые поверхности», содержащие крупные кристаллиты, обычно имеют низкую чувствительность, а участки с максимальной чувствительностью имеют бо­ лее гладкую 'И однородную поверхность. Следует иметь в виду, что гладкие поверхности необязательно обладают высокой фоточувствительностыо, поскольку они могут быть получены на слоях, содержащих недостаточное ко­ личество цезия или кислорода.

Необходимо отметить, что образование мозаики из частиц серебра было обнаружено на всех 'изученных структурах, которые относились к испаренным пленкам серебра. Поскольку фотокатоды, приготовленные на мас­ сивных серебряных пластинках, обладают подобными же фотоэмиссионными свойствами, кажется обоснованным предположение о том, что в таких фотокатодах мозаика из Серебряных частиц также образуется у поверхности при восстановлении Ag 2 0 цезием.

ность вызвана образованием отдельных кристаллитов се­

дельных фотокатодах. В связи с этим все типы Ag-0-Cs фотокатодов обозначаются одним символом S-1.

На рис. 38—40 приведены типичные спектральные ха­ рактеристики Ag-0-Cs фотокатодов. На рис. 38 показана обычная спектральная характеристика в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. На рис. 39 спектральная характеристика 'приведена в логарифмиче­ ском масштабе для того, чтобы показать, что очень чув­ ствительными приборами можно измерить фотоэмиссию