Фотокатоди

Залежність кількості фотоелектронів, що виходять із фотокатода, тобто фотоемісійного струму j_feвід величини світлового потоку Ф (від кількості квантів) при відповідній частоті v світлового потоку визначається законом Столетова Г.О.

j_fe =k(n)F (1.12)

де коефіцієнт пропорційності k(n) називається спектральною віддачею фотокатода.

Очевидно, що k(n)пропорційний квантовому виходу Y і характеризується тієї ж частотною залежністю. Якщо світловий потік складається з коливань різних частот, у (1.12) k(n) замінюють на інтегральну віддачу k. Величина світлового потоку виміряється в люменах, струм фотоемісії у мікроамперах, то коефіцієнти k(n) і k мають розмірність мкА/лм.

На (рис. 1.13) представлена будова основних фотокатодів, які виконуються по типу оксидних катодів. Киснево-цезієвий фотокатод (рис. 1.13а) наноситься на шар срібла, яким звичайно покривається скло балона. Він складається з напівпровідного покриття окислів цезію й срібла, усередині і на поверхні якого розташовуються атоми чистого цезію. Останні виконують роль атомів барію в оксидному катоді.

Рисунок 1.13 Будова фотокатодів: а) киснево-цезієвого; б) сурмяно-цезієвого.

Киснево-цезієвий фотокатод характеризується низькою роботою виходу (мінімальна величина 0,72 еВ) і малою квантовою чутливістю (порядку 0,005—0,05). Цей катод має досить високу термоемісійну здатність, що приводить до необхідності врахування емісії електронів навіть при кімнатній температурі. Чутливість вакуумних киснево-цезієвих фотоелементів дорівнює 20- 30 мкА/лм, доходячи в деяких зразках до 50 - 60 мкА/лм, у газонаповнених фотоелементах робочий струм внаслідок іонізації газу збільшується і чутливість дорівнює в середньому 150-200 мкА/лм.

На рис.1.14 показана залежність спектральної віддачі киснево-цезієвого фотокатода від частоти або спектральна характеристика. Як видно, вона має два максимуми. Низькочастотний максимум лежить в інфрачервоній частині спектра, а високочастотний – в ультрафіолетовій (у видимій частині спектра характеристика має провал). Ультрафіолетовий максимум визначається вириванням електронів зі срібної підкладки фотокатода, а довгохвильової – з напівпровідника.

Киснево-цезієвий фотокатод чутливий до іонного бомбардування, перегріву і легко окисляється. Крім того, його фотоемісійна здатність залежить від часу опромінення. Чим більше часу фотокатод опромінюється, тим менше його фотоемісійний струм (явище стомлюваності). У процесі роботи інтегральна віддача також падає.

Сурм'яно-цезієвий фотокатод (рис.1.13б) складається з напівпровідного шару, що складається із сполуки сурми і цезію (імовірний склад SbСs₃). Він наноситься безпосередньо на скло.

Емісійні властивості сурм'яно-цезієвого катода значно гірші, ніж у киснево-цезієвого, а значить вплив термоемісії на фотострум практично відсутній. Робота виходу його порядку 1,4 еВ. Зате квантова чутливість досягає 0,25-0,3 і катод має інтегральну віддачу більше 100 мкА/лм.

Максимум спектральної характеристики (рис.1.14) лежить у видимій області спектру. Сурм'яно-цезієві катоди більш стабільні і менше чутливі до перегрівів ніж киснево-цезієві. Проте вони більш чутливі до іонного бамбардуванн і працюють при понижених напругах на аноді. У сурм'яно-цезієвих фотоелементах чутливість дорівнює 60 - 90 мкА/лм, досягаючи в газонаповнених фотоелементах величини 150-200 мкА/лм.