Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 135

Скачиваний: 4

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

в области спектра вплоть до 2 мкм, что соответствует энергии фотона 0,6 эв. Наконец, на рис. 40 демонстри­ руется резкий подъем квантового выхода в ультрафиоле­ товой области спектра. Ниже будут рассмотрены наибо­ лее важные особенности этих характеристик, а также влияние па них изменения активационного процесса.

3,0эв

Рис. 39. Спектральная ха­ рактеристика квантового выхода Ag-O-Cs фотокато­ ді, показывающая чувстви­ тельность вблизи длинно­

волновой границы.

0,8 нкм

Рис. 40. Спектральная ха­ рактеристика квантового выхода Ag-O-Cs фотокато­ да, показывающая чувстви­ тельность в УФ области

спектра.

Спектральные

характери­

стики

всех

антимонндов ще­

лочных

металлов,

описанных

в предыдущих главах,

имеют

примерно одинаковую

форму:

квантовый

выход

фотоэмис­

сии при уменьшении длины вол­ ны, начиная от порога, посте­ пенно увеличивается и выше определенной энергии фотонов приближается к почти посто­ янному значению. В отличие от этого спектральная характери­ стика Ag-0-Cs фотокатода име­ ет определенную структуру. В видимой области спектра на спектральной характеристике имеется минимум вблизи

о

5 500 А, глубина которого су­ щественно меняется от образца к образцу, а в некоторых фо­ токатодах этот минимум совсем не наблюдается. В ультрафио­ летовой области спектра ха­ рактеристика имеет максимум

о

вблизи 3 500 А и острый мини-

о

мум вблизи 3 200 А.

Влияние дополнительного испарения серебра на спек­ тральную характеристику ак­ тивированного фотокатода бы­ ло подробно исследовано Асао [Л 174], который первым пред­ ложил этот процесс. При испа­

рении

серебра

на

фотокатод,

находящийся

при

комнат­

ной

температуре,

его спек-


тральная характеристика постепенно изменяется от кривой / на рис. 41 через 2 и 3 к 4. В стадии, соот­ ветствующей кривой 4, чувствительность к белому свету начинает падать из-за уменьшения чувствительности в длинноволновой области спектра. После короткого про­ грева при температуре 150°С спектральная характери­ стика принимает вид, обозначенный цифрой 5 на рис. 41.

1,2 1,3

Рис. 41. Влияние дополнительного нанесения серебра на чувстви­ тельность Ag-0-Cs фотокатода. Кривая 1 измерена до нанесения серебра, кривые 2, 3 и 4 соответствуют нанесению серебра на фото­ катод при комнатной температуре (количество серебра растет с уве­ личением номера кривой). Кривая 5 измерена после кратковременно­ го прогрева катода [Л. 174]. По оси абсцисс отложена длина вол­

ны А., мкм.

Сравнение кривых 5 и 1 показывает, что нанесение се­ ребра сопровождается двумя эффектами. Во-первых, значительно увеличивается квантовый выход в области максимума, и, во-вторых, длинноволновая граница сме­ щается в сторону более коротких волн. Увеличение ин­ тегральной чувствительности при одновременном умень­ шении чувствительности в припороговой области спектра носит воспроизводимый характер, однако оно не всегда так велико, как показал Асао, поскольку начальная чув­ ствительность фотокатодов обычно превышает ту, кото­ рая характеризуется кривой 1.

Асао предполагает, что заключительный отжиг вызы­ вает диффузию серебра с поверхности в объем. Это при­ водит к восстановлению поверхности с низкой работой выхода. Доказательством этого предположения служит наблюдение, что даже при комнатной температуре проис-

ходит медленное восстановление чувствительности, в то время как испарение серебра на фотокатод, охлажден­ ный до температуры жидкого азота, неизменно вызывает потерю чувствительности даже njpи нанесении значитель­

но меньшего

количества

серебра.

 

В

заключение

Асао

провел количественные эксперименты,

которые

показали,

 

 

 

 

 

 

что

 

оптимальная

чувствитель­

 

 

 

 

 

 

ность получается

при

отношении

 

 

 

 

 

 

Ag : Cs, близком к 4 : 3, в отличие

 

 

 

 

 

 

от

отношения

1:1,

получаемого

 

 

 

 

 

 

во время

реакции

Ag 2 0 + 2Cs—>

 

 

 

 

 

 

—^Cs2 0 + 2Ag. Следует

отметить,

 

 

 

 

 

 

что дополнительное испарение се­

 

 

 

 

 

 

ребра эффективно

и в случае не­

 

 

 

 

 

 

прозрачных

 

фотокатодов, в кото­

 

 

 

 

 

 

рых

имеется

большое

количество

 

 

 

 

 

 

избыточного

серебра

 

в

серебря­

 

 

 

 

 

 

ной

подложке.

Это

 

доказывает,

 

 

 

 

 

 

что

 

важно

 

не только

изменение

 

 

 

 

 

 

отношения

 

Ag : Cs при

добавле­

 

 

 

 

 

 

нии Ag, но и форма, в которой Ag

Рис. 42.

Относительное

вводится

в материал.

 

 

 

 

изменение

 

чувствитель­

 

Две другие

серии

 

эксперимен­

ности Ag-0-Cs фотока­

тов, относящихся

к исследованию

тода

в синей

и

инфра­

красной

областях

спек­

роли серебра в Ag-0-Cs фотока­

тра при увеличении тол­

тоде,

заслуживают

упоминания,

щины

фотокатода.

поскольку

они связаны

с интер­

/ — фОТООТКЛНК

В

СИІІЄІІ

претацией

 

свойств

 

этого

ма­

области

спектра:

2 фото­

 

 

отклик

в

 

ИК

 

области

териала.

Первая

серия

экспери­

спектра

н

термоэлектрон­

ментов относится

к

 

увеличению

 

ная

эмиссия.

 

 

 

 

 

 

 

 

чувствительности

в

 

инфракрас­

ной

ооласти

 

спектра

при увеличении

количества

се­

ребра в слое. Как отмечалось,

Борзяк

и др.

[Л. 177]

приготовили Ag-0-Cs

фотокатод

добавлением

серебра

к Cs2 0. Соммер повторил эти эксперименты,

контролируя

изменение

чувствительности

с

синим

и

инфракрасным

фильтрами

во

время

добавления

 

серебра.

 

Результаты

этого

эксперимента приведены на

рис. 42. Основной ре­

зультат состоит в том, что чувствительность в инфракрас­ ной области появляется внезапно при увеличении коли­ чества серебра выше некоторого минимального значения. В то же время чувствительность в синей области возрас­ тает приблизительно пропорционально содержанию се­ ребра в материале. Спектральные характеристики фото-


катодов с нормальным и недостаточным количеством серебра приведены на рис. 43.

Вторая серия экспериментов заключалась в попытках заменить серебро в Ag-0-Cs фотокатоде другими ме­ таллами. Асао [Л. 174] не удалось изготовить Cu-0-Cs, обладающий чувствительностью в инфракрасной области спектра, сравнимой с чувствительностью Ag-0-Cs. Не­ удачными были и эксперименты Соммера с Си, Pd и Ni.

Всестороннее изучение

рас­

 

 

 

 

 

 

пределения фотоэлектронов по

 

 

 

 

 

 

скоростям для Ag-0-Cs фото­

 

 

 

 

 

 

катодов было выполнено Собо­

 

 

 

 

 

 

левой

 

[Л. 188], чья

статья

со­

 

 

 

 

 

 

держит также ссылки на ран­

 

 

 

 

 

 

ние работы русских авторов по

 

 

 

 

 

 

этому

вопросу.

Используя

ме­

 

 

 

 

 

 

тод

задерживающего

потен­

 

 

 

 

 

 

циала,

Соболева

обнаружила,

 

 

 

 

 

 

что вольт-амперные характе­

 

 

 

 

 

 

ристики достигают

 

насыщения

 

 

 

 

 

 

значительно

медленнее,

чем

 

 

 

 

 

 

можно было бы ожидать исхо­

0,6

1,4-

2,2

эв

дя из

теоретического

анализа

и чем это наблюдается

на

ана­

Рис.

43.

Спектральные

ха­

логичных характеристиках для

рактеристики

квантового

других

материалов,

например

выхода Ag-0-Cs фотокато­

антимонидов

щелочных

ме­

дов,

содержащих

и

нормаль­

таллов.

 

 

 

 

 

 

ное

(кривая / )

недоста­

 

 

 

 

 

 

точное

(кривая

2)

количе­

Для

того

чтобы

исклю­

 

ство серебра.

 

чить

возможность

эксперимен­

 

 

 

 

 

 

тальной ошибки и найти объяснение форме этих харак­ теристик, Соболева исследовала влияние поверхностного окисления на распределение электронов по скоростям. Она нашла, что на первой стадии окисления, при кото­ рой длинноволновая граница смещается в сторону более длинных волн, вольт-амперные характеристики становят­ ся еще более плоскими. Однако при продолжении окисления характеристики становятся более круты­ ми и ближе к «нормальным» характеристикам. Одно­ временно с этим происходит падение чувствительноности в длинноволновой области. Спектральные ха­ рактеристики на этих трех стадиях и соответствующие им вольт-амперные характеристики приведены нарис. 44 и 45.



Соболева сделала вывод, что аномальная форм;* вольт-амперных характеристик в области насыщения вы­ звана различием работы выхода на разных участках фо­ токатода. При этом наибольшая разность работ выхода соответствует случаю, когда порог фотоэмиссии макси-

Рис. 44. Изменение спек­ тральных характеристик Ag-0-Cs фотокатода при

 

 

 

поверхностном

окислении.

 

 

 

Кривая

/ — до

окисления.

 

 

 

Кривые

2 и 3

демонстри­

 

 

 

руют влияние

длительного

 

 

 

окисления

[Л. 188].

Ofi 0,6

0,8

1,0

мкм

 

 

малыш продвинут в длинноволновую область спектра. При переокнслении эти маленькие области с очень низкон работой выхода отравляются, в результате чего по­ лучается поверхность с более однородной работой вы­ хода. Предположение о неоднородности поверхности хо­

рошо согласуется

с иссле­

 

 

 

дованиями

структуры фо­

 

 

 

токатода,

 

которые

были

 

 

 

обсуждены

в § 7-4.

 

 

 

 

Для

того

чтобы

полу­

 

 

 

чить

более четкое

насы­

 

 

 

щение

 

для

вольт-ампер­

 

 

 

ных характеристик

неоки-

 

 

 

сленного Ag-0-Cs фото­

 

 

 

катода

и, таким

образом,

1

2

J

более достоверные резуль­

 

Напряжение, В

таты измерений распреде­

 

 

 

ления

электронов

по ско­

Рис. 45. Изменение

вольт-ампер­

ростям,

Соболева

[Л. 188]

ных характеристик Ag-0-Cs фото­

разработала

модифици­

катода

при поверхностном окис­

лении. Номера на кривых соответ­

рованный

метод задержи­

ствуют номерам

на рис. 44

вающего

потенциала, ос­

 

[Л. 188].

нованный

 

на

использова­

 

 

 

нии третьего ускоряющего электрода, помещенного меж­ ду катодом и отрицательным коллектором. Детали этих измерений и их интерпретация здесь не рассматриваются,

ПО