Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

сения поверхностного слоя Cs. Его результаты аналогичны резуль­ татам, полученным на других полупроводниках типа АлВг„ и поэтому будут рассмотрены очень кратко. Для чистого материала Фишер на­

При нанесении пленки Cs порог фотоэмнссии, как и на других материалах уменьшается до 1,4 эв, а квантовый выход при 6 эв превышает 0,2. Следует отметить, что из анализа фотоэмиссионных характеристик GaAs(Cs) р-типа можно сделать вывод, что на InP р-типа с пленкой Cs нельзя ожидать высокого квантового выхода фотоэмиссии вблизи порога. Поскольку в случае InP £,.<1,4 эв, уро­ вень вакуума лежит выше дна зоны проводимости и, таким образом, нулевое или отрицательное сродство ие достигается. Несмотря на это, Белл и Уэббннг [Л. 280] недавно сообщили о высокой чувстви­ тельности InP р-типа во всей области спектра, вплоть до порога фотоэмнссии 2 .

Арсенид индия. Из измерении фотоэмнссии монокристаллов, ско­

рина запрещенной зоны £,.=0,36 ЭЙ, они определили величину элек­ тронного сродства £,1 = 4,95 эв. Однако в более поздней публикации они предполагают более низкую величину £ „ = 4 , 5 5 эв. Квантовый выход этого материала имеет тот же порядок величин, что и для

Гобели и Алленом [Л. 261]. Результаты обеих работ находятся в хо­ рошем согласии. Из измерений порога фотоэмиссии [Л. 261] было получено, что (Ее+Е„) =4,77 эв. Если принять, что £ г = 0 , 1 8 эв, по­ лучаем Еа =4,59 эв. Квантовый выход близок к квантовому выходу

си цезия. В этих экспериментах порог фотоэмиссии сдвигался до 1.2—1,3 эв, а квантовый выход составлял около 10- 1 при Av=3 эв. Значительно меньшая величина квантового выхода наблюдалась в припороговой области. Это объясняется тем, что в данном случае ширина запрещенной зоны меньше, чем работа выхода, и не удается реализовать условие отрицательного электронного сродства. (Прим. перев.)

1 В этой работе для снижения работы выхода использовалась окись цезия. При этом удается сильнее снизить работу выхода и обеспечить условие отрицательного сродства в случае InP, ширина запрещенной зоны которого меньше, чем у GaAs. (Прим. перев.)

Т а б л и ц а 6

Г л а в а о д и н н а д ц а т а я ПРИМЕНЕНИЕ Ф О Т О К А Т О Д О В

В настоящее время фотокатоды находят очень большое прак­ тическое применение. Подробное описание фотоэмпсспониых прибо­ ров выходит за рамки этой книги, и мы ограничимся лишь обсужде­ нием общих принципов, определяющих выбор фотоэмпсспониых ма­ териалов для различных практических задач. При этом фотоэмис­ сионные приборы будут разделены на два класса: приемники излуче­ ния и преобразователи изображения.

11-1. ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Эта группа приборов включает вакуумные фотодиоды (фотоэле­ менты) и фотоумножители. Приборы обоих типов должны удовле­ творять общему требованию, а именно: фотокатоды должны иметь такую форму и размеры, чтобы на них попадала максимально воз­ можная часть излучения, которое нужно обнаружить. Это означает, что в случае регистрации хорошо сфокусированного луча, например изображения щели спектрометра или луча лазера, можно использо­ вать как непрозрачные, так и полупрозрачные фотокатоды с неболь­ шой площадью. При этом для уменьшения нежелательной термоэлс.

тронной эмиссии целесообразно использовать фотокатоды с м мально возможной площадью, соизмеримой с размерами свет луча. Если требуется обнаружить рассеянный свет, например и- чение сцинтилляциоиного счетчика, необходимо использовать по.,,, прозрачный фотокатод, нанесенный на окно фотоэлектронного при­ бора.

Вакуумные фотоэлементы. Фотоэлементы, простейшие фотоэмис­ сионные приборы, содержат только два электрода: непрозрачный или полупрозрачный фотокатод и собирающий электрод (анод). Три про­ блемы, относящиеся к фотоэлемнтам, заслуживают краткого обсуж­ дения.

1. Фотоэлементы обычно применяются в тех случаях, когда не­ обходимо регистрировать относительно большие световые потоки. При использовании полупрозрачного фотокатода, особенно фотока­ тода из аитимонпдов щелочных металлов, высокое сопротивление ма­ териала фотокатода может привести к возникновению нелинейных эффектов. Как уже отмечалось в связи с Cs3Sb, это ограничение может быть преодолено нанесением фотокатода на проводящую по­

(Cs)Na2 KSb фотокатод на двуокиси олова с чувствительностью, пре­

ших фототоков может также привести к утомлению фотокатодов. Эффекты утомления были рассмотрены подробно в связи с Cs3Sb

полагать, что эффекты утомления существуют в фотокатодах всех ти­ пов,- хотя электролитический эффект, по-видимому, наиболее заметен

ВC S 3 S D .

3. Фотоэлементы являются единственными фотоэмиссионными приборами, которые используются не только как вакуумные при­ боры. Если в колбе фотоэлемента находится газ при давлении по­ рядка 0,1 мм рт. ст., электронная эмиссия может усиливаться, по­ скольку дополнительные электроны возникают в результате ударной ионизации молекул газа. Газовое усиление растет с увеличением по­ тенциала анода, но оно ограничено началом самостоятельного раз­ ряда, так что обычно коэффициент усиления не превышает десяти. Вследствие химической активности материалов фотокатодов, содер­ жащих щелочные металлы, для наполнения фотоэлементов исполь­ зуются только инертные газы, обычно аргон.

Газонаполненные фотоэлементы неудобны для фотометрии, по­ скольку они работают недостаточно стабильно. Вследствие быстрого

во время работы вызывают изменение давления газа, что также приводит к изменению коэффициента усиления и, следовательно, чув­ ствительности. Характеристики газонаполненных фотоэлементов усту­ пают характеристикам вакуумных приборов еще и в другом отноше­ нии. Вследствие малой скорости положительных ионов, которые пе­ реносят часть тока в газонаполненных приборах, максимальная ча­ стота фотоотклика в последних значительно ниже, чем в вакуумных фотоэлементах, и обычно не превышает 10 кгц. Вследствие всех этих недостатков применение газонаполненных фотоэлементов весьма ограничено. Тем не менее за последние 35 лет было выпущено очень большое количество таких фотоэлементов для одной специальной задачи, а именно для воспроизведения звука в звуковом кино (более подробную информацию о газонаполненных фотоэлементах можно найти в [Л. 232, гл. 7]).

Что касается выбора фотоэмиссионного материала для фотоэле­ ментов, то в принципе может быть использован любой тип фотока­ тодов, рассмотренных в этой книге. Однако, поскольку фотоэлементы используются для обнаружения и измерения относительно больших световых потоков, при работе в видимой области спектра почти всег­ да используются CsjSb и Ag-0-Cs фотокатоды, так как они изготов­ ляются самым простым и, следовательно, наиболее экономичным ме­

приборы, разумеется, должны быть снабжены окнами, которые про­

пускают излучение в этих областях спектра.

Фотоумножители. Фотоумножителями называются многоэлек­ тродные приборы, в которых фотоэлектроны, эмиттируемые фотока­ тодом, направляются к электроду (диноду), обладающему высоким коэффициентом вторичной эмиссии, так что на каждый падающий фотоэлектрон освобождается несколько вторичных электронов, обыч­ но от 3 до 6. Вторичные электроны умножаются на втором диноде,