Принцип работы эмиттеров с отрицательным электронным сродством

В эмиттерах с отрицательным электронным сродством (ОЭС) энергетический уровень вакуума Е_в находится ниже дна зоны проводимости. Это приводит к отсутствию потенциального барьера, препятствующего выходу электронов проводимости в вакуум. Электронам необходимо лишь преодолеть без потерь энергии потенциальную _яМу вблизи поверхности полупроводника, связанную с изгибом энергетических зон вниз, — электрон легко преодолевает эту потенциальную яму при условии, что ширина области изгиба зон меньше длины свободного пробега электрона (~ 1 мкм). фотоэмиссия в фотокатодах с обратным электронным сродством состоит из ряда последовательных этапов: возбуждение электронов и их переход в зону проводимости; термализация электронов на дно зоны проводимости; диффузия электронов по дну зоны проводимости к поверхности полупроводника; вылет электронов в вакуум.

В обычных фотокатодах с положительным электронным сродством в вакуум могут выйти только возбужденные (горячие) электроны, энергия которых превышает потенциальный барьер между зоной проводимости полупроводника и уровнем вакуума, в результате в вакуум выходит сравнительно небольшая часть фотоэлектронов, возбужденных светом в объеме полупроводника.

В фотокатоде с отрицательным электронным сродством в вакуум могут выйти не только возбужденные (горячие) электроны, находящиеся на верхнем уровне зоны проводимости, но и электроны, диффундирующие к поверхности раздела полупроводник — вакуум по дну зоны проводимости. Глубина выхода электронов в катодах с отрицательным электронным сродством в 1000 раз больше, чем в обычных катодах, и составляет порядка нескольких микрон. При этом повышается как интенсивность фотоэмиссии, красная граница фотоэмиссии, так и отношение полезный сигнал — шум.

Для получения электронов с отрицательным электронным сродством необходимо:

• 1. Уменьшить до нуля энергетическое расстояние между Уровнями Ферми и вершиной валентной зоны, что достигается сильным легированием полупроводника акцепторной примесью. Ширина области Z изгиба зоны проводимости (рис. 19.1, в), которую необходимо преодолевать для вылета в вакуум, тем Меньше, чем выше концентрация основных носителей в полупроводнике. Легирование полупроводника способствует совмещению уровня Ферми и вершины валентной зоны, это позволяет повысить концентрацию основных носителей до 10~ см^-3 и соответственно уменьшить ширину области изгиба до значения, Не превышающего длины свободного пробега электрона.

• 2. Снизить работу выхода ер до значения, меньшего ширины запрещенной зоны (е р А£). Это достигается путем нанесения Недостатком большинства фотоэлектронных приборов является наличие в них темнового (паразитного) тока, возникающего при отсутствии излучения.