Файл: Соммер А. Фото-эмиссионные материалы.pdf

состояния. Количество металлического цезия взвешива­ лось до и после реакции. Таким образом, было установ­ лено, что Cs и Sb соединяются в соответствии со стехиометрической формулой CseSb. Отклонения от этой простой формулы обнаружить не удалось, поскольку точность экспериментов не превышала 10%.

Формула СвзвЬ была подтверждена различными ме­ тодами химического анализа, включая •микровзвешива­ ние [Л. 73] и пламенную фотометрию {Л. 74]. Однако ни один из этих методов не обладает достаточной точно­ стью для того, чтобы обнаружить малое отклонение or отношения 3:1, так как используемые количества сурь­ мы и цезия очень малы (обычно доли миллиграмма). Дополнительным доказательством стехиометрической формулы CseSb явились исследования кристаллической структуры этого соединения. Однако измерения электри­ ческих свойств фотокатода, которые ниже будут рас­ смотрены более подробно, показали, что материал с оп­ тимальной фотоэмиссионной характеристикой обладает небольшим стехиометрическим избытком Sb.

В связи с обсуждением свойств тонкопленочных фо­ токатодов Cs3Sb выражение «отклонение от стехиомет­ рии» требует некоторого пояснения. Смысл этого выра­

формулы составляет несколько процентов. Для физиче­ ских свойств существенным может быть далее отклоне­ ние порядка 10~6. Такое отклонение может оказать большое влияние на электрические характеристики ма­ териала. Следующий пример, однако, покажет, что для* полупрозрачного CssSb (или другого) фотокатода раз­ ница между нестехиометрией в физическом и химиче­ ском смысле исчезает. Если мы рассмотрим пленку

о

Cs3Sb толщиной в 1 мкм (10 000 А) и предположим, что она содержит избыток Cs, эквивалентный одному моно­ атомному слою, отклонение от стехиометрии будет пре­ небрежимо в химическом смысле, но может оказать сильное влияние на электрические свойства. В то же

ли существование следующих семи соединений: Cs3Sb, Cs5Sb2, Cs2Sb, Cs5Sb4, CsSb, CsSb2 и Cs3Sb7.

Точно не известно, какие из этих соединений, кроме CsSb, образуются в процессе изготовления Cs3Sb, так как литературные данные по этому вопросу весьма про­ тиворечивы. Это неудивительно, поскольку образование промежуточных соединений сильно зависит от таких па­ раметров, как толщина пленки сурьмы и температура процесса, которая определяет скорость диффузии Cs и скорость реакции.

4-3. ТОЛЩИНА И ПЛОТНОСТЬ ФОТОКАТОДА

Как уже отмечалось, полупрозрачный CssSb фотока­ тод обычно изготовляют обработкой пленок сурьмы тол-

в 4 раза больше атомов, чем начальная пленка сурьмы. Кроме того, плотность Cs3Sb, определенная из исследо­ ваний кристаллической структуры {Л. 80], составляет всего 4,5 по сравнению с 6,7 для массивной сурьмы. В ре­ зультате оказывается, что объем Cs3Sb примерно в 5,9 раза превышает объем начальной пленки сурьмы. Во-вре- мя образования Cs3Sb пленка сурьмы может расширять­ ся только в одном направлении: перпендикулярно под­ ложке. Поэтому толщина конечного слоя Cs3Sb должна

• Используя оптические методы, Кунце [Л. 81], а также Хагино и Такахаси {Л. 74] измерили коэффициент раз­ бухания пленки. Они получили соответственно 5,65 и около 7. Различие этих результатов, так же как расхож­ дение с вычисленной величиной, определяется прежде всего экспериментальными трудностями. Кроме того, из­ мерения проводились на пленках Sb и Cs3Sb, в то время как постоянные решетки были измерены на материале, приготовленном в виде порошка. Как уже отмечалось, плотность массивного материала может сильно отли­ чаться от плотности пленок.

Оба автора получили удивительный результат, за­ ключающийся в том, что переход от Sb к CsSb сопро­ вождается разбуханием слоя всего в 1,5 раза. Это долж­ но означать, что CsSb обладает плотностью, большей, чем плотность Sb, несмотря на большой атомный ра­ диус Cs.

ролом и Симоном [Л. 84]. Они сконструировали камеру для изучения дифракции электронов, которая позволяла не только исследовать материал фотокатода непосред­ ственно, т. е. без механического удаления слоя, но и на­ блюдать изменения структуры в процессе образования фотокатода.

4-5. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ ЦЕЗИЯ

Измерения давления паров Cs над Cs3Sb представ­ ляют интерес прежде всего с практической точки зрения, поскольку чрезмерное давление паров цезия при ком­ натной температуре может вызвать утомление фотокато­ да, а также привести к появлению других эффектов не­ стабильности при работе фотоэлементов.

Камский и Джерик [Л. 85] и Мияке [Л. 86] измерили

атомов цезия на раскаленной вольфрамовой нити; при

пара экспериментальные ошибки при измерении ионного тока могут оказаться весьма большими. Поэтому суще­ ственное расхождение в результатах этих двух работ не

4-6. ФОТОЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА

Для Cs3Sb, как и для других фотокатодов, невозмож­ но установить одну спектральную характеристику фото­ чувствительности, поскольку максимум квантового выхо­ да и длинноволновая граница фотоэмиссии значительно меняются от образца к образцу. Однако общая форма кривой сохраняется, так что можно определить типич­ ную спектральную характеристику фотокатода. Харак­ теристика, представленная на рис. 6, типична для полу­ прозрачного Cs3Sb фотокатода при освещении его со стороны подложки. В данном случае в качестве подлож­ ки был использовал кварц, для того чтобы показать чувствительность фотокатода в области энергий фото­ нов, больших 3 эв.