Разновидности фотокатодов
Полупроводниковые фотокатоды разделяются на: пленочные полупрозрачные, толщиной 20 — 30 нм, работающие на просвет (тыловое освещение), при этом световое излучение падает на одну сторону подложки фотокатода, а Фотоэлектроны эмиттируются с другой стороны; массивные непрозрачные (фронтальное освещение), при этом Фотоэлектроны эмиттируются с той же стороны катода, на которую падает излучение.
В пленочных полупрозрачных катодах ток фотоэмиссии Постигает максимума только при оптимальной толщине фото-пувствительного слоя катода. При толщине меньше оптимальной Фотоэмиссия уменьшается ввиду низкого коэффициента поглощения излучения (большая часть излучения проходит сквозь Катод, не успевая возбудить электроны и сообщить им энергию, Необходимую для вылета из катода): при толщине больше оптимальной эмиссия снижается в результате торможения возбужденных электронов, проходящих из толщи катода к ещ поверхности.
Для снижения работы выхода и повышения эмиссии на поверхность полупроводниковых катодов наносят тонкие атомар. ные пленки электроположительных металлов (например, цезия) или тонкие пленки оксидов молекул с большим дипольным моментом (например, пленки закиси цезия или оксида бария).
Различают фотокатоды для видимого, инфракрасного и ультрафиолетового спектра излучения.
Фотокатоды для видимого спектра излучения представляют собой в большинстве случаев соединение сурьмы с одним, двумя или тремя щелочными металлами.
Наиболее чувствительными фотокатодами в видимой области спектра являются сурьмяно-цезиевые (CsaSb), многощелочные (например, Na2KSb — Cs) и двущелочные (K2CsSb), (Rb2CsSb).
Полупрозрачные сурьмяно-цезиевые катоды имеют высокое продольное электрическое сопротивление, что затрудняет «транспортировку» электронов. Для снижения электрического сопротивления на подложку катода предварительно напыляют тонкую пленку электропроводящего материала, например хрома или вольфрама. Высокой прозрачностью обладают электропроводящие пленки на основе диоксида олова, однако диоксид олова может вступать в химическую реакцию с цезием, применяемым для активировки катода.
Многощелочные (мультищелочные) катоды (в состав которых наряду с сурьмой и цезием входят еще два щелочных металла: калий и натрий) обладают более высоким квантовым выходом, чем сурьмяно-цезиевые. В трехщелочном катоде: Na, К, Sb (Cs)— число атомов натрия вдвое больше, чем калия, а количество цезия намного меньше, чем калия.
В полупрозрачных мультищелочных фотокатодах вследствие отражения и пропускания излучения теряется более половины падающего света. При нанесении такого фотокатода на зеркальную, например алюминиевую, подложку его спектральная чувствительность увеличивается почти в два раза, так как возрастает коэффициент поглощения излучения в фото-чувствительном слое. Многощелочные катоды имеют очень низкую удельную термоэмиссию 10—17 — 10—16 А/см2.
Для приборов, где требуется высокая чувствительность фото катодов в красной и близкой к ИК-областям спектра, применяются многощелочные (мультищелочные) катоды с продленной чувствительностью в красной области (в технической литератур6 они называются Extended Read Multi Alxani). Повышенная чувствительность в длинноволновой области спектра (спектральная 11 чувствительность на длине волны 800 ммкм составляет 35% от максимальной) достигается за счет большей их толщины, однако это одновременно приводит к понижению чувствительности в коротковолновой части спектральной характеристики.
Для инфракрасного излучения (при Л 1,1 мкм) обычно применяют кислородно-серебряно-цезиевый катод (Ag — 0 —Cs).
Для инфракрасного излучения применяют также новые типы катодов, изготовляемых на материалах с отрицательным элект-‘ронным сродством. Интегральная чувствительность этих катодов (например, Ga Jn As Р — Cs2 О) в 20 раз превышает интегральную чувствительность кислородно-серебряно-цезиевых и достигает 800 мкА/лм.
Для ультрафиолетового излучения выпускают так называемые «солнечно-слепые» катоды, красная граница их спектральной характеристики меньше 0,35 мкм. «Солнечно-слепые» катоды не реагируют на излучение солнца, поэтому их можно использовать при измерении даже слабых ультрафиолетовых сигналов на фоне интенсивного дневного освещения.
В ультрафиолетовой части спектра (при длине волны Л = 0,2 + 0,35 мкм) высоким квантовым выходом обладают фотокатоды из теллуридов цезия и рубидия.
Для измерения излучений с Л 0,1 мкм (исследования солнечной радиации в космосе на ракетах и спутниках) наиболее удобны фотокатоды, представляющие собой напыленные слои флюорита магния MgF2. Красная граница их спектральной характеристики соответствует 0,14 мкм.
Ультрафиолетовые лучи попадают на катод через оптические окна, изготовляемые из специальных увиолевых и эритемных стекол (для излучения Л 0,250 мкм), кварцевых дисков (для излучения Л 0,2 мкм), сапфира (для излучения Л 0,14 мкм) или флюорита лития (для излучения Л 0,100 мкм). Увиолевые и эритемные стекла отличаются от простых малым содержанием примеси железа.