Темновые токи фотокатодов

Темновой ток слагается из суммы токов термоэмиссии фотокатода (термотока), утечки между электродами и автоэлектронной эмиссии с электродов, находящихся под отрицательным потенциалом. Он значительно увеличивается с ростом анодного напряжения.

Темновой ток непостоянен во времени, зависит от температуры и влажности окружающей среды и других факторов, его трудно отделить от фотокатода — полезного сигнала. На низких уровнях облучения (т. е. слабых лучистых или световых потоках) полезный фототок может оказаться равным или меньшим паразитного темнового тока.

Снизить термоэмиссионный ток можно охлаждением катода и уменьшением его площади.

Токи утечки возникают при низком электрическом сопротивлении изоляции между электродами (например, токи утечки по внешней и внутренней поверхности стеклянной колбы, по цоколю прибора и т. д.).

Токи утечки по внешней поверхности стеклянной колбы значительно возрастают при нахождении прибора во влажной атмосфере, при этом влага конденсируется на стекле колбы и частично растворяет поверхностный слой стекла с образованием электропроводящей пленки. Для предотвращения влияния влаЖ ности на внешнюю поверхность фотоэлектронного прибора обычно наносят влагоотталкивающее покрытие, например, на основе дихлорметилсилана на поверхность полупроводника трех-четырех слоев (моноатомных) цезия и кислорода. При оптимальной толщине цезиево-кислородной пленки, нанесенной на максимально чистую поверхность кристалла арсенида галия (имеющую ширину запрещенной зоны Е = 1,425 эВ), можно снизить работу выхода до 0,8 эВ, что значительно меньше ширины запрещенной зоны.

В принципе в качестве катодов с ОЭС применяются соединения типа А^ш, B^v и их твердые растворы. Красная граница чувствительности фотокатодов с ОЭС, созданных на основе твердых растворов GaJnAsP, составляет 1,1 — 1,2 мкм. Смещение красной границы в ИК-область достигается стимулированием фотоэмиссии положительным электрическим полем.

Токи утечки по внутренней поверхности колбы связаны с конденсацией на стекле паров цезия, натрия, сурьмы и других веществ.

К разновидностям темновых токов относятся: газоразрядные токи, образуемые ионами остаточных газов (чем хуже вакуум в приборе, тем выше степень ионизации и больше газоразрядные токи); токи обратной связи, образуемые при засветке внутренней поверхности фотокатода излучением с экрана, анода, внутренних боковых стенок колбы; токи, образуемые при попадании на катод люминесцентного излучения стекла колбы прибора (люминесценция стекла обычно происходит под действием космических лучей или в результате радиоактивного излучения изотопа К^-40, который содержится в составе стекол, применяемых для изготовления приборов).

Под действием внешних причин, например под влиянием внешних электрических и магнитных полей, радиоактивного излучения, вибрации, в фотоэлектронных приборах появляются так называемые шумы. Шумы представляют собой переменную составляющую темнового тока (флуктуации тока).

Важными эксплуатационными характеристиками фотокатодов являются: утомление — постепенное снижение чувствительности при его облучении и работе в рабочем режиме; старение — постепенное снижение чувствительности при хранении прибора (в результате взаимодействия с остаточными газами).

Утомление усиливается с увеличением падающего на фотокатод светового потока и анодного напряжения, а также при охлаждении фотокатода.