Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

Измерение толщины пленки. При изготовлении фото­ катодов, а также при проведении экспериментальных исследований фотоэмиссионных материалов часто необ­ ходимо знать толщину металлической пленки. Толщина пленки обычно много меньше, чем длина волны видимо­ го света, так что оптические интерференционные методы на практике не применяются. Обычно для определения толщины пленки используется один из двух следующих методов:

1. Предварительно взвешенный кусочек металла пол­ ностью испаряется. При этом толщину Т нанесенной пленки можно определить по формуле

кой. Приведенное выражение основано на двух предпо­ ложениях, которые на практике не всегда точно выпол­ няются. Первое состоит в том, что плотность напыленной пленки принимается равной плотности массивного материала, в то время как обычно плотность пленки оказывается несколько меньше. Во-вторых, предполага­ ется, что металл испаряется равномерно по всем на­ правлениям. Обычно толщина пленки несколько превы­ шает рассчитанную величину; ошибка, как правило, со­ ставляет 30—50%.

2. Толщину пленки во время испарения можно конт­ ролировать по уменьшению ее прозрачности. Этот метод обладает преимуществом по сравнению с первым лри работе с очень тонкими пленками, поскольку отпадает необходимость взвешивания и монтажа в испарителе чрезвычайно маленьких кусочков металла. К тому же изменение прозрачности может быть измерено с боль­ шой точностью.

Следует, однако, -иметь в виду, что измерение про­ пускания света не дает абсолютной величины толщины пленки и соотношение между толщиной и коэффициен­ том пропускания должно быть предварительно установ­ лено на опыте. Для калибровки изменения коэффициен­ та пропускания с толщиной пленки обычно используют первый метод, в результате чего все ошибки первого метода сохраняются. Однако для многих практических целей неопределенность абсолютной величины толщины

пленки не существенна, важно лишь обеспечить воспро­ изводимость относительных величин.

При испарении определенного количества металла структура пленки, а следовательно, и оптическое про­ пускание зависят от скорости испарения, температуры подложки, химической природы подложки и чистоты ее поверхности, а в некоторых случаях даже от конструк­ ции испарителя {Л. 60, 61]. Все эти условия должны ос­ таваться постоянными, для того чтобы относительные измерения толщины пленки по прозрачности были вос­ производимы.

Помимо этого, сами измерения прозрачности долж­ ны проводиться в одинаковых условиях. Если использу­ ется не монохроматический свет, спектральные характе­ ристики излучения источника света и фоточувствительиости приемника должны оставаться постоянными, так как оптическое пропускание металлических пленок зави­ сит от длины волны. Например, если в качестве источ­ ника света используется лампа накаливания, интенсив­ ность света следует изменять, используя ирисовую ди­ афрагму или нейтральные фильтры, а не меняя напря­ жение на лампе, поскольку при этом изменяются не только интенсивность, но н спектральное распределение излучения лампы.

3-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Чувствительность фотокатодов обычно представляют в виде спектральных характеристик, выражающих зави­ симость фототока о г длины волны излучения. При абсо­ лютных измерениях фототек рассчитывают на единицу мощности падающего излучения (например, миллиам­

Следует отметить две особенности таких характери­ стик. Во-первых, чувствительность фотокатодов обычно \ выражается в расчете на величину падающей, а не nor- \ лощенной мощности излучения^ Чувствительность, рас- 1 считанная на поглощенную мощность, значительно выше не только у металлов, но и у по_щшроводаиков и пред­ ставляет интерес главным'образом для фундаментальных исследований. При практическо1я'пр"йменении фотокатбдов имеют дело с чувствительностью, рассчитанной на

мерность спектральной характеристики излучения лам­ пы накаливания в видимой области спектра приводит к тому, что величина чувствительности в микроамперах на люмен для фотокатода, имеющего высокий кванто­ вый выход в красной области спектра, значительно пре­ вышает чувствительность фотокатода, имеющего такой же квантовый выход в синей области спектра. Несмотря на этот недостаток, измерения чувствительности в мик­ роамперах на люмен полезны для сравнения фотокато­ дов с одинаковыми спектральными характеристиками,

3-5. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ФОТОКАТОДА ПРИ ТЫЛОВОМ И ФРОНТАЛЬНОМ ОСВЕЩЕНИИ

Фотокатоды могут быть использованы при освещении как со стороны вакуума, так и со стороны подложки. Первый способ освещения фотокатода называют ф_рюнтальным..освещением, а второй — тыловым освещением. При тыловом освещении чувствительность фотокатода максимальна при определенной оптимальной толщине слоя. Действительно, если толщина фотокатода .превы­ шает глубину выхода электронов, чувствительность фо­ токатода уменьшается, поскольку фотоэлектроны, воз­

При фронтальном освещении увеличение толщины | фотокатода до величины, большей, чем глубина выхода фотоэлектронов или глубина поглощения света, не вы- , зывает уменьшения чувствительности. В этом случае фотокатод может быть нанесен на толстую металличе­ скую подложку.

Ясно, что фотокатод, работающий в условиях фрон­ тального освещения, значительно проще в изготовлении из-за отсутствия критической толщины. Однако 'полу­ прозрачный фотокатод обладает двумя важными пре­ имуществами: во-первых, в ряде приборов, например в преобразователях изображения, телевизионных лере-

дающих трубках и многих фотоумножителях, необходи­ мо, чтобы свет падал со стороны подложки, во-вторых, многие исследования фотоэмиссионных материалов, в частности измерения оптических свойств и глубины выхода фотоэлектронов, значительно удобнее проводить на полупрозрачных слоях. Поэтому большинство работ, рассматриваемых в следующих главах, относится к по­ лупрозрачным фотокатодам.

Следует иметь в виду, что оптимальная толщина полупрозрачного фотокатода не является однозначной величиной, определяемой свойствами материала фотока­ тода. Два практически важных примера иллюстрируют это положение.

1. Коэффициент поглощения света в полупроводни­ ках, а также начальная энергия фотоэлектронов увели­

расстояния от освещаемой поверхности. Поэтому опти­ мальная толщина фотокатода имеет разные значения для различных длин волн. Вследствие этого спектраль­ ная характеристика полупрозрачного фотокатода может быть изменена в определенных пределах путем измене­ ния толщины фотокатода. Например, вследствие малого коэффициента поглощения света вблизи длинноволново­

сти. При этом чувствительность в коротковолновой об­ ласти спектра уменьшается.

2. Разработан метод, позволяющий увеличивать ве­ роятность выхода фотоэлектронов без уменьшения по- j глощения падающего света. Для этого полупрозрачный

'катод толщиной вдвое меньшей, чем оптимальная тол­ щина, наносится на подложку с большим коэффициен­

том отражения, например на алюминиевую пленку. Часть падающего с фронта света проходит сквозь фото­ катод и отражается от подложки. Эффективная толщи­ на фотокатода по отношению к поглощению света ока­

ся значительного увеличения чувствительности, но, поскольку подложка непрозрачна, такой фотокатод мо­ жет работать лишь при фронтальном освещении.