4.4 Контейнерный метод[11]

1. Пусть начальная толщина пленки Sb должна быть 500 Å, тогда напыляем пленку в 300 Å, толщиной около 60 % от первоначальной планируемой.

2. Производится добавление натрия диффузией из стекла при температуре 210…250 °С. В полученной структуре будет 0,1 % избыточного Na, следовательно, стехиометрия будет Na₃Sb. Контроль ведется по максимуму чувствительности на длине волны 300 нм.

3. Полученная структура охлаждается до 150…160 °С, и на нее напыляется пленка сурьмы толщиной 50 Å, после чего производится обработка калием до появления чувствительности в областях 380…400 нм и 500…550 нм. После получения максимума снова напыляется пленка сурьмы толщиной 50 Å и обрабатывают калием до получения максимума чувствительности на вышеуказанных длинах волн.

4. Для получения оптимальной стехиометрии производят напыление 5 Å сурьмы и анализируют изменение чувствительности. Если она упала, то обрабатывают слабым потоком калия до максимума чувствительности, а если возросла, то добавляют 5 Å Sb. В результате получится оптимальная стехиометрия.

5. Цезирование производят при температуре 40…80 °С, сначала напылив 15…20 Å сурьмы, а затем обрабатывают в паре цезия. Потом охлаждают до комнатной температуры и добавляют Cs до максимума чувствительности в областях 650…750 нм и 820…850 нм.

5 Выводы

Необходимо получить:

1. Фотокатод должен быть кубической структуры p-типа. Он имеет нулевое или отрицательное электронное сродство.

2. Стехиометрический состав Na₂KSbCs, поскольку именно такой состав обеспечивает необходимую структуру.

3. Толщина фотокатода должна составлять от 1200 Å до 1400 Å.[13,7] Толщина соединения Cs₃Sb должна быть 100 Å.

Предполагаемая технология изготовления фотокатода. На заводе «Экран — Оптические системы» доступна только контейнерная технология, т.е. невозможно использовать метод молекулярно-лучевой эпитаксии.

1. Формирование начальной пленки Sb. Пыление происходит до потери прозрачности на 70 %.

2. Нагрев до 250 °С, при этой температуре идет диффузия натрия из стекла подложки. Контроль ведется по максимуму чувствительности на длине волны 300 нм.

3. Подпыление калия при температуре 160 °С. На данной стадии получается двухщелочной фотокатод Na₂KSb. Особенность метода заключается в том, что не требуется добавление порций сурьмы и калия. Объясняется это тем, что при диффузии натрия из стекла, этот металл не находится в избытке (всего 0,1 % избытка). Контроль производится по максимуму чувствительности на длинах волн 380…400 нм и 500…550 нм.

4. Напыление поверхностного слоя Cs₃Sb путем подпыления сурьмы и цезия при температуре 160 °С. Процесс ведется до получения максимума чувствительности в областях 650…750 нм и 820…850 нм.

Пути повышения чувствительности на заводе «Экран — Оптические системы»:

1. Изменение метода контроля за процессом изготовления фотокатода. Сейчас используется система контроля, основанная на значении фототока, нужно заменить её контролем коэффициента отражения.[14] Кроме контролирования процессов замещения, этот метод позволят отслеживать толщину фотокатода. ФК должен быть строго определенной толщины.

2. Возможно изменение конструкции контейнера, добавить испаритель для натрия. Таким образом, появится возможность контролирования процесса испарения натрия.

Список использованных источников

1. Берковский А. Г., Гаванин В. А. Зайдель И. Н. Вакуумные фотоэлектронные приборы. — М.: Радио и связь, 1988. — 272 с.

2. Саликов В. Л. Приборы ночного видения: история поколений. — [Электронный документ], н. д. / 2012. — URL: [http://www.ess.ru/sites/default/files/files/articles/2000/02/2000_02_06.pdf].

3. Бегучев В. П., Чапкевич А. Л. Электронно-оптические преобразователи. Состояние и тенденции развития. // Прикладная физика, 1999. — №2. — [Электронный документ], н. д. / 2012. — URL: [http://www.vimi.ru/applphys/appl-99/99-2/99-2-23r.htm].

4. ГОСТ 19803-86 Преобразователи электронно-оптические. — М.: Издательство стандартов, 1986. — 14с.

5. S. W. Lee, K. Attenkofer, M. Demarteau and others. Revealing the correlations between growth recipe and microscopic structure of bi-alkali/multi-alkali photocathodes. // Physics procedia, 2012. — Vol. 37. — P. 765–772.

6. Соммер А. Фотоэмиссионные материалы. Пер. с англ. — М.: Энергия, 1973. — 176 с.

7. Шефова И.А. Оптические и фотоэмиссионные свойства многощелочного фотокатода. — [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. физ.-мат. наук (01.04.04) / Шефова Ирина Александровна. — М., 1991. — 17 с.

8. A. R. H. F. Ettema, R. A. de Groot Electronic structure of Cs₂KSb and K₂CsSb. // Physical review B, 2002. — Vol. 66. — 4 p.

9. A. Ebina, T. Takahashi Transmittance spectra and optical constants of alkali-antimony compounds K₃Sb, Na₃Sb, and Na₂KSb. // Physical review B, 1973. — Vol. 7, № 10. — P. 4712–4719.

10. B. R. Garfield Multialkali Photocathodes. // Advances in Electronics and Electron Physics, 1972. — Vol. 33, part A. — P. 339–355.

11. Нестеров И. А. Фотоэмиссионные свойства тонких пленок антимонидов щелочных металлов, сконденсированных в условиях сверхвысокого вакуума. — [Текст]: дис. …канд. физ.-мат. наук (01.04.07) / Нестеров Игорь Анатольевич. — Новосибирск: 2009. — 168 с.

12. Нестеров И.А. Использование метода молекулярно-лучевой эпитаксии для изготовления многощелочных фотокатодов. // Сборник научных трудов НГТУ, 2006. — №1. С. 105–110.

13. Z. Yusof, K. Attenkofer, M. Demarteau and others. Development of an alkali transfer photocathode for large area microchannel plate-based photodetectors. // Physics procedia, 2012. — Vol. 37. — P. 733–739.

14. P. Dolizy Optical method for investigating alkali antimonide photocathodes. // Vacuum, 1995. — Vol. 30, №11/12. — P. 489 – 495.

29