тельность и квантовьш выход двухщелочных фотокатодов имеют такие же значения, как у Sb-Cs-фотокатода, но они обладают значительно меньшей плотностью тока термозлектронной эмиссии, составляющей 10"* А/см. По этой причине двухщелочные фотокатоды могут работать при температуре окружающей среды, доходящей до 120 °С при сохранении стабильности параметров, в то время как приборы с другими типами фотокатодов имеют допустимую температуру, не превышающую 70 °С. Порог фотоэффекта двухщелочных фотокатодов расположен близко к длинноволновой границе видимого диапазона спектра.

Серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод (Ag-О-Cs) предназначен для работы в ближней ИКюбласти оптического диапазона. При получении этого фотокатода на часть внутренней поверхности баллона наносится слой серебра, которое окисляется электрическим разрядом в атмосфере кислорода. Далее слой окисленного серебра прогревается в парах цезия. Если "толстый" слой серебра окисляется не полностью, то получается массивный фотокатод на серебряной подложке. При полном окислении тонкой пленки серебра образуется полупрозрачный фотокатод. Ag-О-Cs-фотокатод является полупроводником с электронной проводимостью, с донорными примесями серебра и цезия. Спектральные характеристики фотокатода, приведенные на рис. 11.3 (кривая 2), отличаются наличием двух максимумов. 1Сван-товый выход фотокатода очень мал: (3 - 7) 10" в длинноволновом максимуме и 7 • 10" в коротковолновом. Световая чувствительность Ag-О-Cs-фотокатода, несмотря на малый квантовый выход и небольшую спектральную чувствительность {Sg Хтах 3 мА/Вт), составляет 30-40 мкА/лм. Это объясняется большим коэффициентом использования фотокатодом потока излучения источника типа А [см. (11.13) и (11.16)] за счет значительной протяженности спектральной характеристики. Серьезным недостатком Ag-О-Cs-фотокатода является большая плотность тока термоэлектрошой эмиссии, лежащая в пределах 10"" -10-1° А/см

Фотокатоды с отрицательным электронным сродством (ОЭС-фото-катоды). Для снижения работы выхода полупроводниковьгк фотокатодов нужно использовать материалы с малыми шириной запрещенной зоны и энергией электроююго сродства [см. (12.1)]. На поверхность сильнолегированного дырочного полупроводника наносят моноатомную пленку электроположительного вещества, которое образует ди-польный слой с положительным зарядом на поверхности, граничащей с вакуумом. В качестве электроположительного материала используют, как правило, цезий, окись цезия и другие его соединения. Электрическое поле дипольного слоя облегчает выход электронов в вакуум. На энергетической диаграмме таких материалов уровень вакуума может оказаться ниже уровня дна зоны проводимости, т. е. энергия электронного сродства становится отрицательной (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Энергетическая диаграмма полупроводника с отрицательным электронным сродством

J0 ZD 10

гОО 250

А.нм

Рис. 12.8. Спектральная характеристика тел-луридо41езиевого фотокатода

Фотоэлектронная работа выхода в этом случае будет равна ширине запрещенной зоны. Любой электрон, преодолевший в результате взаимодействия с фотоном запрещет1ую зону, может участвовать в фотоэмиссии. Потери энергии возбужденными электронами здесь сведены к минимуму и в основном определяются рекомбинацией. Следовательно, в фотоэмиссии могут принимать участие электроны, возбужденные на расстоянии диффузионной длины от поверхности (т. е. расстоянии, на котором избыточная концентрация электррнов уменьшается за счет рекомбинации в е раз). Это расстояние значительно превышает их длину свободного пробега (движение без столкновений). Большая глубина выхода электронов дает резкий подъем спектральной характеристики на границе длинноволнового порога фотоэффекта. 1Свантовый выход приближается к теоретическому пределу 0,5.

ОЭС-фотокатоды являются самыми перспективными фотокатодами для работы в ИКюбласти спектра. Чувствительность ОЭС-фотокатода InAsP- Cs2 О на длине волны 1,05 мкм в 20 раз превышает чувствительность Ag-О-Cs-фотокатода. Световая чувствительность ОЭС-фотокатода GaAs(Cs-O) достигает 2 мА/лм при плотности тока термоэлектронной эмиссии 10"* * А/см.

Фотокатоды для ультрафиолетовой области спектра изготавливаются с оптическими окнами, пропускающими УФ-излучение. Для этого используется увиолевое стекло, кварц, сапфир, фториды магния и лития. Следует отметить, что все фотокатоды для видимой области спектра чувствительны и к УФ-излучению. Однако их использование в приемниках УФ-излучения связано с необходимостью тщательной защиты от засветки дневным солнечным светом. Поэтому целесообразно применять фотокатоды, длинноволновая граница которых не заходит в видимую область спектра, так назьгеаемые солнечно-слепые фотока-

тоды. Такие фотокатоды позволяют проводить измерения УФ-потока излучения в условиях интенсивного дневного освещения.

К потоку излучения УФюбласти спектра чувствительно большинство чистых металлов, например пленки магния и кадмия, но их квантовый выход не превышает 10", а спектральные характеристики имеют очень пологий длинноволновый край. Более резкий подъем характеристики в области красной границы наблюдается у сплавных металлических фотокатодов, например магниево-серебряных и магниево-бариевых. Они имеют длинноволновый порог фотоэффекта в области 400 нм и квантовый выкод 0,07.

Высоким квантовым выходом Y = 0,25 в области излучения 200-350 нм обладают теллуриды цезия и рубидия. Эти фотокатоды в полупрозрачном варианте имеют высокое продольное сопротивление, поэтому их наносят на тонкую металлическую подложку (хромовую или вольфрамовую), пропускающую до 85% УФ-излучения. Теллуриды щелочных металлов имеют очень малую плотность тока термоэлектронной эмиссии (10"" - 10"" А/см). Спектральная характеристика тел-луридо-цезиевого фотокатода приведена на рис. 12.8.

В приборах для измерения излучения с длиной волны X < 100 нм нашли применение фотокатоды из фторида магния и лития, имеющие длинноволновый порог 95 и 140 нм соответственно. Максимальный квантовый выход фторида магния составляет 0,4 при X = 55 нм. В связи с отсутствием прозрачных материалов в этой области спектра фотокатоды должны сохранять свои параметры после пребьшания на воздухе. В целях стандартизации параметров для серийных приборов разработана система типовых спектральных характеристик С-1, С-2 и т.д.

Контрольные вопросы и задания

1. Как квантовый выход фотокатода связан с его спектральной чувствительностью?

2. Какие преимущества имеют полупроводниковые фотокатоды по сравнешю с металлическими? Почему большинство фотокатодов -полупроводники с дырочной проводимостью?

3. Какими характеристиками и параметрами оцениваются качества фотокатода?

4. Как реализуются оптические способы повышения чувствительности фотокатодов?

5. Опишите структуру, свойства и основные параметры современных фотокатодов для видимой области спектра.

6. Опишите структуру, свойства и основные параметры современных фотокатодов для ближней ИКюбласти спектра. Почему ОЭСютокато-ды являются наиболее перспективными?

7. Какие фотокатоды применяются для УФюбласти спектра? Каковы их структура и особенности работы?