Введение к работе
Актуальность работы.Многощелочной фотокатод (МФ) является наиболее распространенным фотоэмиттером,используемым в видимом и ближнем МК диапазонах спектра. Разработка новых фотоэлектронных приборов для регистрации или преобразования оптического излучения выдвигает требование высокой чувствительности фотокатодов. По этому параметру МФ уступает лишь фотокатодам с отрицательным электронным сродством на основе соединений А3В,-и кремния. В то же время МФ обладает рядом преимуществ по сравнению с ОЭС фотокатодами, например, дешевизной и простотой изготовления, возможностью создания фоточувствительного слоя на подложке сложной формы. По этим причинам МФ имеет в настоящее время наиболее широкое применение. Из сказанного следует, что повышение чувствительности МФ является на сегодняшний день важнейшей задачей.
Достижение этой цели может осуществляться двумя путями:
Первый путь - это эмпирические поиски способов изготовления МФ более высокой чувствительности путем изменения температурных режимов активировки фотокатода, последовательности введения щелочных металлов и т.д. В последние годы за рубежом были достигнуты значительные успехи в улучшении эмиссионных параметров МФ и интегральная чувствительность 700 мкА/лм стала реальностью. Из анализа зарубежных литературных данных по этому фотокатоду можно сделать вывод, что столь высокая чувствительность МФ была достигнута за счет принципиально нового метода изготовления МФ. Сообщений о разработке такой методики изготовления МФ в отечественной практике к началу работы по нашим данным нет. Поэтому первой важнейшей задачей настоящей работы являлась разработка методики изготовления МФ высокой чувствительности.
Второй путь - это исследование физических свойств этого фотоэмйттера, механизма его фотоэмиссии и определение на основе этих результатов путей дальнейшего повышения чувствительности этого фотокатода. Несмотря на широкое использование МФ, модель фэтоэмиссни этого фотокатода к началу настоящей работы не была ясна. Данные по ширине запрещенной зоны не однозначны, и, поэ-
тому, нельзя с определенностью решить вопрос об электронном сродстве МФ. Большинство авторов полагает, что МФ - фотокатод с юложительным электронным сродством. В то не время, имеются две , заботы, в которых считается, что сродство МФ близко нулю. Выбор іути совершенствования этого фотокатода зависит от решения зопроса об электронном сродстве МФ. В случае наличия отрицательного электронного сродства, увеличения чувствительности следует ожидать при использовании кристаллографически более совершенных слоев фотокатода. Если сродство положительно, то іуть совершенствования этого фотокатода должен заключаться треимущественно в поиске способов снижения работы выхода. Отсюда следует вторая важнейшая задача настоящей работы - определение основных параметров МФ: ширины запрещенной зоны, электронного сродства, транспортных свойств, вероятности выгода фотоэлектронов в вакуум и, на этой основе, выбор дальнейшее путей повышения чувствительности МФ.
Целью настоящей работы явилось исследование механизма фотоэлектронной эмиссии из МФ и поиск путей повышения его іувствительности.
Положения, выносимые на защиту:
1. Ширина запрещенной зоны МФ составляет Е= 1,3 - 1,4
эВ. Многощелочной фотокатод является фотокатодом с отрица
тельным электронным сродством, величина которого для усовер
шенствованного МФ, разработанного в данной работе,может дос
тигать значения |Е | ь 0,14 эВ.- При этом, величина вероятности
зыхода составляет Р = 0,3, а диффузионная длина электронов
L ^ 1000 А.
-
Высокая чувствительность разработанного в настоящей заботе усовершенствованного многощелочного фотокатода определяется , в первую очередь, меньшим значением работы выхода ю сравнению с традиционным многощелочным фотокатодом, т.е. 5олыней абсолютной величиной эффективного электронного фодства.
-
Спектры фотолюминесценции фотокатода состоят из пзух пиков: пика, соответствующего межзонным переходам и шнноволнового пика, соответствующего переходам с учасги-ш глубоких уровней в запрещенной зоне. Для усовершенствованного многощелочного фотокатода величина длинноволнового
пика меньше, чем в случае традиционного МФ, что свидетельствует о более высоком кристаллическом совершенстве нового фотокатода.
4. Спектры фотоэлектронов многощелочного фотокатода в области энергий фотонов hv = 1,3 - 3,1 эВ состоят из двух групп электронов, соответствующих эмиссии электронов, тер-ыализованных в Г и X - минимумах зоны проводимости.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Определены основные параметры МФ, такие как ширина запрещенной зоны , вероятность выхода электронов в вакуум, длина диффузии электронов.
-
На основе анализа экспериментальных результатов в работе сделан вывод, что многощелочной фотокатод является фотокатодом с отрицательным электронным сродством.
-
Впервые проведены исследования фотолюминесценции многощелочных фотокатодов.
Практическая ценность работы.
I.Разработана методика изготовления МФ, позволяющая получить более высокую по сравнению с традиционной чувствительность фотокатодов, особенно в длинноволновой области спектра X = 600 * 900 нм. Так, на длине волны А.= 850 нм, разработанные Ш имеют чувствительность S= 30+40 мА/Вт, в то время как для традиционных МФ характерна чувствительность S =10*15 мА/Вт на той же длине волны.
2.Измеренные кривые распределения фотоэлектронов по энергиям представляют собой практический интерес при расчетах аберраций электроннооптических систем фотоэлектронных приборов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Республиканской конференции молодых ученых по актуальным вопросам прикладной физики (Ташкент, 1985г.), на Х1 Всесоюзной научно-технической конференции по фотоэлектронным приборам (Ленинград, 1990.), на ХХ1 Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 134 страницы, в том чис-
ле 45 рисунков и 3 страницы с таблицами. Список цитируемой литературы составляет 76 наименований.