6. Фотокатоды для инфракрасной области счетчика.

Единственный из промышленных фотокатодов, чувствительный в этой области спектра, это фотокатод на базе серебра(Ag), кислорода(O) и цезия(Cs) – характеризуется низким квантовым выходом и высокой плотностью тока фотоэлектронной эмиссии при комнатной температуре. Это существенно ограничивает его возможности использования. В настоящее время можно выделить два перспективных направления по технологии создания фотокатодов, обладающих высокой квантовой эффективностью в ИК области.

1. разработка фотокатода с отрицательным сродством к электрону

2. разработка систем, в которых работа выхода электрона в вакуум облегчается сильным электрическим полем внутри п/п либо на его пов-ти, т.е. ИК-катод работает преимущественно на автоэлектронной эмиссии. Поэтому такие катоды называют автофотокатоды. Они сочетают в себе автоэлектронную и фотоэлектронную эмиссии.

Фотокатоды с отрицательным сродством к электрону – фоточувствительные п/п соединения класса А³В⁵ с малой шириной запрещенной зоны, пов-ть которых покрыта пленкой оксида цезия либо других соединений,(например, CsF). П/п соединения класса А³В⁵ получают путем образования твердых растворов из однотипных соединений с различной шириной запрещенной зоны. Примером может служить твердый раствор, образованный на базе двух соединений индий-мышьяк (InAs) с ∆ = 0,35 эВ и галлий-мышьяк (GaAs) с ∆ = 1,35 эВ. При образовании твердого р-ра ширина запрещенной зоны гибко меняется.

Работу выхода электрона из поверхностной пленки Cs₂O можно довести до величины 0,6-0,7 эВ. Однако, получить порог фотоэмиссии при такой маленькой энергии фотона не удается даже при использовании тройных соединений с достаточно узкой запрещенной зоной. Объясняется это тем, что на границе п/п-пленка-оксид цезия образуется барьер, ширина которого лежит ниже дна зоны проводимости в объеме проводника. В п/п А³В⁵ порог фотоэффекта определяется наибольшей из трех энергий – ширины запрещенной зоны ∆, химическое сродство А₀ и высота промежуточного барьера Е_Б от оксидной пленки. В системе GaAs- CsO наибольшая энергия соответствует ширине запрещенной зоны, и порог эмиссии hω₀ > ∆. На катодах на основе материалов с узкой ∆ порог фотоэффекта ограничивается высотой Е_Б (порядка 0,9-1 эВ), поэтому, без понижения этого барьера использование любых материалов с ∆ < 0,9 эВ смысла не имеет.

Состояние отрицательного сродства к электрону достигается тогда, когда энергетический уровень электрона на дне зоны проводимости и в объеме п/п выше нулевого энергетического уровня электрона в вакууме. В этом случае для электронов, перешедших при возбуждении в зону проводимости, не требуется избыточная тепловая энергия сверх Е_п для выхода электронов в вакуум, следовательно, основным отличием эмиттеров с отрицательным электронным сродством в сравнении с рассмотренными ранее является то, что эмитируются не горячие электроны, а термолизованные со дна зоны проводимости, при этом сродство к электрону в действительности отрицательно относительно объема, но не поверхности.

Второе направление для ИК-области:

Разработка систем, в которых выход электрона в вакуум обеспечивается сильным электрическим полем, расположенным внутри п/п либо у его наружной пов-ти. Схемы получения фотоэмиссии из горячих электронов и энергетические диаграммы п/п показаны на рисунке 2.23.a

Материал для электронно-оптического преобразователя (ПНВ).

Внутреннее сильное электрическое поле Е > Е_крит вызывает "разогрев" электронов, т.е. сообщает им дополнительную энергию, стимулируя эмиссию горячих электронов, разогретых полем на нижние уровни зоны проводимости п/п.

Более обнадеживающие рез-ты – рис. 2.23б на основе туннельной эмиссии. Эмиттер изготавливается в виде острия, электрическое поле создается у пов-ти острия, подача напряжения на коллектор электронов (анод). Освещение катода может производится в любом участке поверхности, а не непосредственно у самого острия. Для уменьшения темнового тока, образованного обычной туннельной эмиссией, острийный катод необходимо охлаждать (эффект Шотки).

ФОТОПРИЕМНИКИ