книги из ГПНТБ / Соммер А. Фото-эмиссионные материалы

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.

метить, однако, что не существует никаких доказа­ тельств влияния структуры пленки Sb на свойства сурь- мяно-цезиевого фотокатода К

Как уже упоминалось, обычный метод определения толщины металлических пленок состоит в измерении ко­ эффициента пропускания света через пленку в процессе ее испарения. Для того чтобы получить абсолютную величи­ ну толщины пленки, необходи­ мо иметь количественные дан­ ные, связывающие оптическое пропускание с толщиной плен­ ки. Такие данные, полученные из прямых измерений, выпол­ ненных Роме (Л. 65] и Кондасом (Л. 57], приведены на рис. 5. Причина различия ре­

зультатов измерений двух ав­ 12мкг/см~ торов заключается, по видимо­

му, в различии методов нане­ сения сурьмы. Дело в том, что в работе Кондаса сурьма испа­ рялась по нормали к подлож­ ке, в то время как Роме исполь­ зовал пленки в виде клина, изготовленные испарением

сурьмы под острым углом к подложке. Это различие мо­ жет быть существенным. Так, например, в [Л. 66] на примере алюминия было показано, что угол, под кото­ рым происходит испарение пленки, оказывает большое влияние на ее свойства.

Существенное влияние па пропускание света пленка­ ми сурьмы может оказать материал испарителя: на­ пример, если сурьма испаряется из шарика PtSb, про­

же методом дифракции медленных электронов. Эти

стях колбы. Верхний предел температуры определяется разложением соединения Cs-Sb, которое начинается примерно при 7' = 200°С.

после достижения максимума фототока, источник цезия выключают и продолжают прогрев до восстановления максимум а ф ото э мисси и.

всех фотоэлементов, даже если количества цезия в раз­ ных приборах сильно различаются. Такой процесс ока­ зывается возможным только потому, что длительный от­ жиг фотокатода в указанном диапазоне температур (после восстановления максимума фотоэмиссии) не ухудшает его чувствительности.

Последний этап в процессе изготовления Cs-Sb фото­ катода состоит в охлаждении фотоэлемента до комнат­ ной температуры. Как правило, при охлаждении фото­ эмиссия увеличивается. Следует отметить, что иногда на­ блюдается падение фоточувствительности при охлажде­ нии, что указывает на ошибки, допущенные при изго­ товлении фотокатода. Например, если фотокатод нане­ сен на стенку колбы и колба содержит внутренние элек­ троды, при охлаждении может возникнуть значительный градиент температуры между фотокатодом и электрода­ ми. Если в таком приборе прогрев был прекращен слишком рано и на внутренних электродах остался из­ быток Cs, этот цезий будет во время охлаждения пере­ гоняться на фотокатод, вызывая падение его фоточувст­ вительности. Перераспределение Cs может происходить даже в отсутствие избытка щелочного металла, если температурный градиент между фотокатодом и внутрен­ ними электродами слишком велик. Падения чувстви­ тельности при охлаждении можно избежать, применяя повторный отжиг прибора для удаления избытка цезия.

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