ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 4
нов. Максимум квантового выхода фотоэлектронной эмиссии метал лов лежит в дальней ультрафиолетовой области спектра, где эти ограничения постепенно снимаются.
Проведение экспериментальных исследовании фотоэмиссии в ко ротковолновой ультрафиолетовой области спектра встречается с до полнительными трудностями. Они связаны с техническими проблема ми использования источников ультрафиолетового излучения и мате риалов для окон вакуумных приборов, прозрачных в области спектра
о
с длинами волн меньше 2 000 А. Для области спектра с длиной вол-
о
ны меньше iLOOO А (предел прозрачности LiF) вообще не известны материалы, пригодные для изготовления окон, так что исследование металлов с чистой поверхностью в вакуумных приборах в этой области спектра невозможно. Исследуемые металлические поверхности содер жат поверхностные пленки (например, окиси), которые не только изменяют работу выхода, но и влияют на квантовый выход фото-
эмиссии.
В настоящее время можно считать установленным, что кванто вый выход •фотоэмиссии из металлов в области длин волны, больших,
чем |
1 200 |
А, не превышает |
Ю - 2 . Значительно более высокий |
кванто |
вый |
выход |
наблюдался в |
более коротковолновой области |
спектра, |
где получение чистых поверхностей недоступно. Так, например, Хнн-
тереггер |
и Уотанейб ]Л. 49] получили, что |
квантовый |
выход Ni, Pt |
и W при |
энергии фотонов, большей 12 эв, |
превышает |
Ю - 1 . Уэйнфен |
и др. (Л. 50] сообщили, что квантовый выход фотоэмиссии из Ni, Си,
Pt, |
Аи, W, |
Mo, Ag и Pd тіри энергии фотонов, большей |
12 эв, лежит |
в |
пределах |
Ю - 2 — Ю - 1 . Они обнаружили, что попытки |
очистить по |
верхность металлов приводят к уменьшению квантового выхода фотоэмиссин. Это означает, что приведенные цифры относятся не к чистым металлическим поверхностям. Большие значения квантового
выхода |
фотоэмиссии |
были |
получены также |
Самсоном |
[Л. |
51] |
|||
(7- Ю - 2 для Аи при |
15 эв), Хинтереггером {Л. 52] (1,5- Ю - 1 |
для |
Be |
||||||
при 13 эв) и Уитоном {Л. 53] |
(от |
1 до 2- Ю - 1 |
для |
W при |
17 эв). |
Ра |
|||
боты, |
выполненные |
до 1955 |
г., |
подробно |
рассмотрены |
в |
обзоре |
||
Уэйслера (Л. 54]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует подчеркнуть, что к приведенным выше значениям кван тового выхода следует относиться с некоторым скептицизмом; Не давно Аксельрод [Л. 251, 252] сообщил об измерениях квантового выхода фотоэмиссии в сверхвысоком вакууме из свеженапыленных пленок А1, Bi и In. Он не обнаружил никакого роста квантового выхода фотоэмиссии в исследованной области спектра при увеличе нии энергии фотонов до 12 эв в отличие от резкого подъема, наблю даемого в этой области спектра в более ранних работах. Более того, после короткой экспозиции на воздухе спектральные характеристики изменялись и становились подобными опубликованным ранее харак теристикам для тех же металлов, измеренных в худших вакуумных условиях.
Г л а в а т р е т ь я ТЕХНОЛОГИЯ Ф О Т О К А Т О Д О В
В этой главе рассматриваются некоторые общие во просы приготовления фотоэмиссионных материалов н измерения их характеристик. Отдельные параграфы по священы описанию технологии 'приготовления щелочных металлов, требованиям к вакууму при изготовлении фотокатодов, технике испарения различных металлов (кроме щелочных), методике определения чувствительно сти фотокатодов, а также сравнению чувствительности фотокатодов при освещении со стороны подложки и со стороны вакуума.
3-1. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Приготовление щелочных металлов. Щелочные метал лы отличаются большой химической активностью, кото рая увеличивается с ростом атомного номера в следую
щей последовательности: Li — Na — К — Rb — Cs. |
Даже |
|
при комнатной температуре щелочные металлы |
быстро |
|
реагируют с кислородом |
и парами воды, образуя |
окиси |
н гидроокиси. Поскольку |
щелочные металлы использу |
|
ются при изготовлении почти всех фотокатодов, необхо димо, чтобы они получались в вакуумном приборе в процессе изготовления фотокатода. Обычно это дости гается восстановлением соли щелочного металла в ва куумном приборе путем реакции с подходящим восста
новителем. |
|
|
|
|
Химические реактивы, используемые для этой |
цели, |
|||
должны удовлетворять |
следующим требованиям: |
|
||
1. Соль щелочного |
металла |
и восстановитель должны |
||
быть стабильны на |
воздухе и |
не гигроскопичны. |
|
|
2. Температура |
химической |
реакции должна |
быть |
|
выше температуры |
обезгаживания вакуумного прибора, |
|||
т.е. выше 450 °С.
3.Для того чтобы избежать загрязнения катода, не обходимо, чтобы все продукты реакции, кроме щелочных металлов, не были летучи.
4. Желательно, чтобы реакция проходила |
постепенно |
и поддавалась контролю. |
|
Для получения щелочных металлов |
разработано |
большое число составов, которые удовлетворяют постав ленным условиям. Большинсто солей щелочных метал-
20
лов гигроскопичны; исключение составляют хроматы и бихроматы, которые и используются почти всегда для получения чистых металлов. В качестве восстановителей с равным успехом используются кремний, цирконий, алюминий и другие элементы, причем иногда для замед ления реакции они 'смешиваются с инертным материа лом, например порошком вольфрама. Для получения хорошо регулируемой реакции смеси соли щелочного ме талла и восстановителя всегда содержат избыток по следнего по сравнению со стехиометричееким составом. Температура реакции растет с увеличением количества восстановителя; обычно выбирается такой состав, чтобы щелочной металл восстанавливался при температуре около 700 °С.
Ниже даны типичные составы для получения Cs, ко торый чаще других щелочных металлов используется в фотокатодах. Эквивалентные соотношения для других
щелочных металлов могут быть получены из этих |
при |
||
меров: |
|
|
|
восстановитель |
Si: две массовые части |
Si на |
одну |
часть CsaCrCv, |
|
|
|
восстановить Zr: десять массовых частей Zr на одну |
|||
часть СвгСгО/,; |
|
|
|
восстановитель А1: одна массовая часть |
А1, десять ча |
||
стей W, одна часть СэгСгСч. |
|
|
|
Во всех случаях нужно смешивать достаточно мелкие |
|||
порошки. |
|
|
|
Следует отметить, что цирконий существует как |
в се |
||
рой кристаллической форме, так и в виде |
черного |
по |
|
рошка. Последний |
непригоден в качестве восстановителя, |
||
так как содержит большое количество адсорбированного водорода, который освобождается во время реакции и вызывает значительное ухудшение вакуума. К тому же этот порошок легко воспламеняется.
Поскольку температура реакции восстановления щелочных металлов значительно выше точки плавления стекла, приготовленную смесь обычно помещают в ме таллический контейнер, изготовленный из никеля или тантала. Контейнеры плотно закрывают со всех сторон, так что во время химической реакции выйти могут толь ко пары щелочных металлов, а твердый остаток остает ся в контейнере.
В зависимости от формы контейнеры нагреваются до температуры реакции либо токами высокой частоты, ли-
бо пропусканием электрического тока непосредственно через контейнер. Для получения небольшого количества щелочных металлов часто используются тонкостенные металлические цилиндры диаметром от 1 до 2 мм и дли ной от 20 до 30 мм, которые нагреваются пропусканием через них электрического тока («канальные» источники).
Металлический контейнер, служащий источником ще лочного металла, 'помещается внутри вакуумного прибо ра, в котором должен быть сделан фотокатод. При на греве контейнера пары щелочного металла выходят из него и конденсируются на ближайшей холодной поверх ности, откуда они перегоняются в нужную часть прибо ра. Иногда весь вакуумный прибор поддерживается при температуре, при которой щелочной металл реагирует с другими материалами, образуя фоточувствительное, соединение.
Следует отметить, что литий в отличие от других щелочных металлов не может перегоняться из стеклян ной ампулы, так как он реагирует со стеклом (и квар цем) при температуре более низкой, чем та, которая тре буется для перегонки [Л. 55]. Поэтому литий должен пе регоняться с металлической подложки.
Некоторые физические и химические свойства щелоч ных металлов. Фотокатоды обычно изготовляются путем перегонки небольшого количества щелочного металла (от 0,1 до 10 мг) за время от долей минуты до 1 ч. Это достигается нагревом металлов до температуры, при ко торой давление их паров составляет Ю - 2 — Ю - 3 мм рт. ст. Значения температуры, соответствующие этим давлени ям паров {Л. 63], приведены в табл. 3.
|
Т а б л и ц а |
3 |
|
|
|
|
Металл |
Температура |
(°С), |
соот |
Температура |
(°С), |
соот |
ветствующая |
|
ветствующая |
|
|||
|
10"3 мм |
pm. |
cm. |
10"» мм |
pm. |
cm. |
Na |
240 |
|
290 |
|
||
К |
160 |
|
200 |
|
||
Rb |
130 |
|
180 |
|
||
Cs |
110 |
|
150 |
|
||
Большая химическая активность щелочных металлов ограничивает возможность использования многих хими ческих элементов и соединений в вакуумных приборах, предназначенных для изготовления фотокатодов. Щелоч-
22