Рис. 14.7. Устройство и схема включения гибридного ФЭУ

Они представляют собой матрицы с множеством параллельных каналов умножения. При диаметре канала 15-20 мкм толщина пластины не превьппает 1-2 мм. Время пролета электронов в МКП может быть меньше одной наносекунды, в то время как в дискретных системах умножения она составляет несколько десятков наносекунд. Очевидно, что абсолютное значение разброса времен пролета очень мало. Для умень-шегая ионной и оптической обратных связей и повышения коэффициента усиления умножительная система строится на двух последовательно расположенных МКП, каналы в которых наклонены к продольной оси ФЭУ на некоторый оптимальный угол (рис. 14.6). Системы на двух МКП позволяют получить коэффициент усиления 10 ив 100 раз снизить токи обратных связей.

Применение умножительных систем на МКП позволило создать миниатюрные быстродействующие ФЭУ, обладающие высокой механической прочностью.

Гибридные (вакуумно-полупроводниковые) ФЭУ. Эта приборы имеют умножительную систему в виде включенного в запирающем направлении полупроводникового диода с мелкозалегающим от поверхности злектронно-дырочным переходом (рис. 14.7). Между фотокатодом 1 и диодом 2 подается высокое ускоряющее напряжение около 10 кВ. Фотоэлектроны бомбардируют полупроводник, вызывают ионизацию атомов и появление свободных зарядов, число которых определяется энергией фотоэлектронов Нф и энергией Н., затрачиваемой на образование одной пары электрон-дырка. Коэффициент усиления умножительной системы приблизительно равен отношению М Иф/ W., его значение в гибридных ФЭУ с кремниевым диодом составляет 10.

Достоинством гибридных ФЭУ являются быстродействие (длительность фронта выходных импульсов составляет десятые доли наносе-куяр) и возможность получения больших выходных токов, плотность которых достигает десятков ампер на сантиметр квадратный. Недостатками являются высокие напряжения питания, небольшой коэффициент усиления и сложность обеспечения технологических режимов обработки.

14.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ФЭУ

Спектральные характеристики ФЭУ, как и спектральные характеристики фотоэлементов, определяются типом применяемого фотокатода. Тип спектральной характеристики и абсолютное значение спектральной чувствительности фотокатода 5еХк на определенной длине волны указывают в паспорте на ФЭУ.

Характеристики и параметры ФЭУ, измеренные при постоянных значениях потоков излучения и прикладываемых к электродам напря-жегай, назьшают статическими. Способность ФЭУ регистрировать импульсные потоки излучения характеризуют импульсные параметры.

Статические характеристики и параметры ФЭУ. Спектральной чувствительностью ФЭУ назьшается отношение анодного тока к падающему на фотокатод монохроматическому потоку излучения.

Световая анодная чувствительность ФЭУ - отношение анодного тока к световому потоку источника типа А. Анодная чувствительность ФЭУ равна чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления, т. е. световая анодная чувствительность Sp =М5ук, а спектральная чувствительность ФЭУ Sg\ = MSXk- Анодная чувствительность измеряется при равномерном освещении всей поверхности фотокатода. Если последовательно освещать различные точки фотокатода узким пучком, то можно выявить неравномерность чувствительности по поверхности фо-ьокатода.

Зависимость чувствительности от координат точки освещения называется зонной характеристикой. На рис. 14.8 приведена зонная характеристика одного из приборов, измеренная по диаметру фотокатода. Изменение чувствительности ФЭУ при освещении различных участков фотокатода обусловлено неравномерностью чувствительноста фото-змиссионного слоя и неодинаковостью сбора электронов с разных точек фотокатода на первый динод.

Световая характеристика ФЭУ - зависимость анодного тока от потока излучения при постоянном напряжении питания. При небольших потоках излучения световые характеристики линейны. Отклонение от линейности характеристик по мере роста потока излучения в статическом режиме определяется в основном утомлением динодов при протекании значительных токов. Если напряжение между последним динодом и анодом окажется слишком малым, например, при слишком большом сопротивлении нагрузки, то возможно возникновение объемного заряда перед анодом. Это также приводит к нелинейности световой характеристики. В импульсном режиме предел линейности световой характеристики может составлять несколько ампер. Чтобы предотвратить переход ФЭУ в режим объемного заряда, необходимо повышать напряжения на последшх каскадах умножения.

На рис. 14.9 приведено семейство статических световых характеристик ФЭУ при различных напряжениях питания. Чувствительность ФЭУ

Рис. 14.8. Зонная характеристака ФЭУ

i/j>6i иг>и, и,

Рис. 14.9. Семейство статических световых характеристик ФЭУ

при различных напряжениях питания может быть определена как тангенс угла наклона световой характеристики.

Зависимость анодной чувствительности от напряжения питания ФЭУ показана на рис. 14.10. С увеличением напряжения чувствительность, пропорциональная коэффициенту усиления ФЭУ, растет по степенному закону. Скорость роста (наклон характеристик) зависит от вторично-эмиссионных свойств динодов и числа каскадов умножительной системы. В паспортах ФЭУ обычно указывают фиксированные напряжения питания, соответствующие номинальным значениям световой анодной чувствительности: 1,3,10,30,100 А/лм ...

Анодная характеристика ФЭУ показывает зависимость анодного тока (или анодной чувствительности) от напряжения между анодом и последним динодом. На рис. 14.11 изображено семействоанодных характеристик ФЭУ при различных потоках излучения и неизменном напряжении на каскадах усиления. Крутой, участок характеристики соответствует режиму объемного заряда, который образуется между анодом и последним динодом. При увеличении напряжения прибор переходит в режим насьпцения, который является рабочим режимом ФЭУ. При выборе сопротивления нагрузки необходимо обратить внимание на то, чтобы рабочая точка не выходила за пределы областа насыщения характеристик (рис. 14.11).

Темновой ток ФЭУ имеет следующие составляющие:

усиленньш умножительной системой ток термоэлектронной эмиссии фотокатода, электродов катодной камеры и первых одного-двух динодов (вклад токов термоэмиссии остальных динодов мал, так как эти токи проходят меньше каскадов усиления);

ток автоэлектронной эмиссии динодов, который также может усиливаться умножительной системой;

ток утечки между анодом и остальными электродами;

токи, вызванные ионной и оптической обратными связями (эти токи условно относятся к темновым, так как их значение определяется плотностью электронного потока в ФЭУ).