ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 1
Последующая обработка цезием сопровождается ре акцией
Bi2 03 +12Cs—»2Cs3 Bi + 3Cs2 0.
При этом серебро остается в элементарной форме. Таким образом, готовый фотокатод должен состоять пз трех основных составных частей: Cs3 Bi, Cs2 0 и Ag (см. ниже).
2. Bi-Ag-0-Cs. Обработка |
в тлеющем |
разряде в кис |
|
лороде, в результате которой большая |
часть |
или вся |
|
пленка висмута (через Ag2 0) |
превращается в Ві 2 0 3 , мо |
||
жет быть заменена простой |
экспозицией |
Bi-Ag |
пленки |
в кислороде. При этом окисляется, по-видимому, только несколько слоев висмута, поскольку происходит лишь небольшое увеличение прозрачности пленки. Специаль ные эксперименты показали, что экспозиция в кислороде не окисляет серебра, т. е. кислород диффундирует сквозь пленку серебра и окисляет висмут. Этот процесс благо даря исключению тлеющего разряда значительно проще, чем процесс, описанный в предыдущем пункте, и поэтому обычно используется для изготовления Bi-Ag-0-Cs фото катодов.
Очевидно, что конечный продукт этого процесса со держит значительно меньшее количество Cs2 0, чем фото катод, изготовленный с помощью, процесса 1.
3.Ві-0-Ag-Cs. Поскольку при экспозиции в кислоро де окисляется только Bi, а не Ag, неудивительно, что эта операция может предшествовать испарению Ag.
4.Ag-Bi-O-Cs. Изменение последовательности испаре ния Bi и Ag не оказывает существенного влияния на фо точувствительность готового фотокатода.
5.Ag-Bi-Cs-O. При обработке Ag-Bi слоя цезием об разуется фотокатод со сравнительно низкой чувствитель ностью (см. ниже). Однако при тщательно контролируе мой экспозиции в кислороде получается фотокатод с нор мальной чувствительностью.
6.Ві-0-Cs-Ag. Если слой Ві после экспозиции в кис лороде обработать цезием, образуется фотокатод со сравнительно низкой чувствительностью. Контролируе мое испарение серебра на этот фотокатод повышает его чувствительность до значения, соответствующего нор мальному Bi-Ag-0-Cs фотокатоду.
7.Bi-Cs-0-Ag и Bi-Cs-Ag-O. Ни один из этих двух процессов не приводит к образованию нормального
Bi-Ag-0-Cs фотокатода. По-видимому, имеет значение, что оба процесса начинаются с образования Cs3 Bi и этим отличаются от всех других процессов.
Химический состав. Как уже упоминалось, готовый фо токатод содержит Cs3 Bi, C S 2 O и элементарное серебро. В то время как присутствие Cs3 Bi и Ag подтверждено рентгеноструктурным анализом [Л. 153], не имеется никаких убедительных доказательств того, что окись цезия, образо ванная в-результате реакции, представляет собой Cs2 0. Не известно также, присутствуют ли в фотокатоде другие окиси цезия или элементарный Cs.
Как уже упоминалось в связи с Ag-0-Cs фотокатодом, не су ществует никаких аналитиче ских методов, способных отли чить различные окиси цезия в столь малых количествах или установить присутствие эле ментарного цезия.
В отношении количествен ного состава Bi-Ag-0-Cs сле дует отметить, что поверхност
ная плотность Cs3 Bi имеет оптимальную величину (для полупрозрачных фотокатодов), которая может варьиро ваться в очень узких пределах. В то же время количе ство серебра, определенное из измерений оптического пропускания, может изменяться по крайней мере в 6 раз без заметного влияния на фотоэмиссшо [Л. 200]. Аналогичные изменения допустимы и в отношении количества кислорода и тем самым количества окиси цезия.
Электрические и оптические свойства. Типичная спек тральная характеристика квантового выхода фотоэмис сии из Bi-Ag-0-Cs фотокатода приведена на рис. 53. Сравнение рис. 52 и 53 показывает, что максимум кван тового выхода этого фотокатода в 10 раз выше, чем в случае Cs3 Bi, а длинноволновый порог сдвинут пример но на 0,4 эв в сторону фотонов с более низкими энергия ми. Для определения порога фотоэмиссии Соммер и Спайсер [Л. 200] использовали тот же метод, что и для
Cs3Sb (см. § 4-9). Таким образом, было получено, |
что |
(Eg + Ea) = 1,6 эв. Мостовский и др. [Л. 204] привели |
зна |
чение порога, равное 1,5 эв, не указав, как была полу чена эта величина.
Поскольку фотопроводимость в Bi-Ag-0-Cs фотока тодах не наблюдается {Л. 200, 205], измерение порога оптического поглощения — единственный метод определе ния ширины запрещенной зоны этого материала. Соммер и Спайсер [Л. 200] нашли, что спектральные харак теристики поглощения не отличаются заметно от анало гичных характеристик для Cs3 Bi. Отсюда они сделали вывод, что оба материала имеют одинаковую ширину
запрещенной |
зоны Eg^.0,7 |
эв. Это |
хорошо |
согласуется |
||
со |
значением |
£^ = 0,6 |
эв, |
полученным Мостовский и др. |
||
[Л. |
204]. |
|
|
|
|
|
|
Исходя из |
порога |
фотоэмиссии |
и ширины |
запрещен |
|
ной зоны, можно сделать вывод, что электронное срод ство Bi-Ag-O-Cs фотокатода Еа^0,9 эв.
Мостовский и др. [Л. '205] измерили знак термо-э. д. с. и сделали вывод, что Bi-Ag-O-Cs, так же как Cs3 Bi, яв ляется полупроводником /7-типа.
Интерпретация характеристик Bi-Ag-O-Cs. Нет сомне ний в том, что соединение Cs3 Bi является основной со ставной частью Bi-Ag-O-Cs фотокатода. Это подтверж
дается |
следующими фактами: во-первых, присутствие |
Cs3 Bi |
было подтверждено рентгёноструктурным анали |
зом; во-вторых, количество Cs3 Bi, необходимое для полу чения максимальной чувствительности фотокатода, яв ляется критическим. В-третьих, спектральные характери стики оптического поглощения Cs3 Bi и Bi-Ag-O-Cs очень
близки. Это указывает на то, что ширина |
запрещенной |
|
зоны у этих двух материалов |
одинакова. |
В-четвертых, |
замена Bi другим элементом, |
особенно |
Sb, приводит |
к уменьшению чувствительности. Остается вопрос, каким образом добавление элементарного серебра и окиси це зия (причем количество обоих веществ не.является кри
тическим) приводит к увеличению квантового |
выхода |
фотоэмиссии и продвижению длинноволновой |
границы |
Cs3 Bi. |
|
Пытаясь ответить на этот вопрос, Соммер и Спайсер [Л. 200] попробовали разделить эффекты, связанные с влиянием серебра и окиси цезия на фотоэмиссионные свойства Cs3 Bi. С этой целью они измерили спектраль ные характеристики фотоэмиссии фотокатодов, имеющих
9—10 |
129 |
состав Bi-O-Cs и Bi-Ag-Cs. Эти фотокатоды были изго товлены путем исключения операций испарения серебра или окисления при втором методе приготовления Bi-Ag-0-Cs фотокатода, описанном выше. Спектральные характеристики квантового выхода этих двух материалов приведены на рис. 54 вместе со спектральными характе ристиками Cs3 Bi и Bi-Ag-0-Cs. Анализ этих характери стик позволяет сделать следующие выводы:
Рис. 54. Спектральные характе
ристики квантового |
выхода Cs3 Bi |
||
(/), |
СззВі(О) |
(2), |
Cs3 Bi(Ag) (3) |
и |
Bi-Ag-O-Cs |
(4) |
фотокатодов |
[Л. 200].
1. Добавление кисло рода мало ЕЛИЯЄТ на ма ксимум квантового выхо да Cs3 Bi, но расширяет область чувствительности в длинноволновую часть спектра. Возможно, что это связано со снижением поверхностного барьера и аналогично влиянию по верхностного окисления на порог Cs3Sb фотока тода.
2. Добавление сереб ра сравнительно мало влияет на порог фото эмиссии из Cs3 Bi, но уве личивает максимум кван тового выхода более чем в 3 раза.
Может показаться, что в первом приближении эффек ты, связанные с окислением и добавлением серебра, не зависимы и аддитивны в том смысле, что нанесение се ребра только увеличивает квантовый выход фотоэмиссии, в то время как окисление сдвигает порог в более длинно волновую область. Однако очевидно, что такой вывод сильно упрощает реальную ситуацию, поскольку, как видно из рис. 54, Bi-Ag-0-Cs имеет больший квантовый выход, чем iBi-Ag-Cs, и порог, расположенный в более длинноволновой области спектра, чем Ві-0-Cs.
В то время как влияние окисления на высоту поверх ностного барьера находится в соответствии с наблюде ниями, сделанными на других материалах, сильное влия ние серебра на величину квантового выхода понять зна чительно труднее. Если принять высказанное ранее объяснение низкого квантового выхода Cs3 Bi, которое
состоит в том, что большая величина отношения Еа к Eg приводит к малой глубине выхода фотоэлектронов вслед ствие больших потерь энергии на генерацию пар (см. 8-1), можно сделать вывод, что присутствие серебра уменьшает вероятность этих энергетических 'потерь. Та кая интерпретация подтверждается экспериментами Спайсера [Л. 105], который из исследования распределе ния электронов по скоростям сделал вывод, что в Bi-Ag-0-Cs порог генерации пар составляет 2,9 эв, что значительно превышает аналогичную величину для Cs3 Bi (<1,3 эв).
В таком случае возникает вопрос, почему присутствие серебра увеличивает порог генерации пар. Спайсер [Л. 105] полагает, что этот порог имеет более низкое зна чение в материалах, которые обладают частично неупоря доченной решеткой, таких, как Cs3Sb и Cs3 Bi. Поэтому влияние серебра на фотоэмиссию из Cs3 Bi указывает, что серебро увеличивает кристаллографическую упорядочен ность решетки Cs3 Bi. Качественно влияние добавления серебра на кристаллическую структуру Cs3 Bi наблюда лось Фримером и Герасимовой [Л. 187] в ходе электрон но-микроскопических исследований.
Наиболее непонятное свойство Bi-Ag-0-Cs фотокатода состоит в независимости фотоэмиссии от количества оки си цезия и серебра, причем количество этих компонен тов может изменяться в широких пределах. Это особенно удивительно в случае серебра, поскольку можно было бы ожидать уменьшения фотоэмиссии, если значительная часть падающего света поглощается серебром, а не Cs3 Bi.
Мы не можем исключить возможности фотоэмиссии из элементарного серебра в полупроводник (Cs3 Bi или Cs2 0) и из него в вакуум аналогично процессу, постули руемому для Ag-0-Cs (§ 7-7). Однако в этом случае процесс Ag—>-Cs2 0—нзакуум кажется наименнее веро ятным, поскольку свойства Bi-Ag-0-Cs радикально от личаются от свойств Ag-0-Cs фотокатода: во-первых, отсутствует какая бы то ни было чувствительность в обла-
о
сти длин волн выше 7 500 А; во-вторых, количества Ag и Cs2 0 не критичны; в-третьих, оказалось возможным [Л. 200] заменить серебро другими металлами, например золотом, палладием, медью и алюминием. Процесс Ag (или другой металл)—>-Cs3 Bi—^вакуум кажется более вероятным, но он все же не позволяет ответить на во7
9* |
131 |
прос, почему очень малое количество серебра и окиси цезия достаточно для получения типичных характеристик Bi-Ag-0-Cs фотокатода и почему увеличение количества этих веществ не изменяет заметно эти характеристики.
Гл а в а д е в я т а я
ФО Т О К А Т О Д Ы , О Б Л А Д А Ю Щ И Е ВЫСОКИМ КВАНТОВЫМ В Ы Х О Д О М В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
|
|
9-1. |
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
Разница между видимым и ультрафиолетовым излу |
||||
|
чением не принципиальна, |
а |
определяется физиологиче |
||
|
скими свойствами человеческого глаза. Однако по рас |
||||
|
смотренным ниже причинам фотокатоды, чувствительные |
||||
, |
в ультрафиолетовой области |
спектра, описаны отдель- |
|||
I |
но; при этом |
обсуждение |
их |
ограничивается |
материала- |
j |
ми с высоким |
квантовым |
выходом. Термин |
«высокий» |
|
івыбран произвольно и относится к квантовому выходу, превышающему 0,05 в расчете на число падающих фо тонов. ~~—
Технология изготовления и измерения параметров ма териалов, чувствительных в УФ области спектра, отли чается от методов, используемых для фотокатодов, чувст вительных в видимой области. Фотокатоды должны быть изготовлены в вакуумных приборах с окнами, пропу-
о
екающими УФ излучение. В области спектра до 2 ООО А обычно используют кварцевые окна. Для еще более ко ротких волн применяют сапфир или фторид лития,
о
а в области длин волн короче 1 050 А используют при боры без окон. Фотоэмиссионные измерения в области
о
спектра с длиной волн короче 3 500—4 000 А затрудни тельны, поскольку обычно используемые лампы накали вания излучают недостаточно энергии в УФ области. По этому приходится использовать ртутные лампы или другие газоразрядные источники света в колбах, пропу скающих УФ излучение. В отличие от стабильного излу чения ламп накаливания, обладающих непрерывным спектром, эти источники имеют линейчатый спектр из лучения, наложенный на непрерывный спектр, а интен сивность их излучения флуктуирует во времени.
132
