Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
ок.
Здесь S-B мкА/лм; Sa— в мкА/Вт; Kx — относительная спектральная чувствительность человеческого глаза (Kmax=K х=555іш); H %2 — граничные длины волн излучения видимого спектра.
Плотность темпового тока /т — плотность тока ТЭ иеосвещаемого фотокатода прн рабочей температуре. Темновой ток — основной источник шума в фотоэлектронных приборах. Среднее квадратическое значение шумового тока в отсутствие излучения дается формулой
Рис. 25.12. Спектральная характеристика квантового вы хода ФЭ с чистой поверхности меди [18]
Фотоэмиссия из полупроводников. В полупроводни ках ФЭ может быть обусловлена возбуждением электронов нз валентной зоны, с уровней примесей, дефектов, поверхностных состояний и из зоны проводимости (в вырожденных полупроводниках л-типа). Для каждого из этих случаев пороговая частота имеет свое значение. Обычно, если иное не оговорено, под фотоэлектрической работой выхода понимают минимальную энергию фотонов, при которой начинается ФЭ из валентной зоны полупроводника (табл. 25.15). Это значение, как правило, превосходит работу выхода. Спектральная зависимость квантового выхода ФЭ вблизи порога в полупроводниках имеет вид
Y ~ (fcv —hv0)m,
где m=l—3 в зависимости от типа оптических переходов и механизма рассеяния фотоэлектронов. Квантовый выход ФЭ из полупроводников зависит от электронного сродства % — энергии, необходимой для перевода электрона со дна зоны проводимости на уровень вакуума Все эффективные фотокатоды имеют малое значение %, так что xfEg<l, Квантовый выход фотоэмиссии полупроводников с yJEe>\ мал (рис. 25.13).
Т2\1/2
= faT SAf'
1/2
где S — площадь поверхности фотокатода; Af — ширина полосы частот регистрирующего устройства.
Фотоэмиссия из металлов. Пороговая энергия ФЭ из металлов совпадает с работой выхода. ФЭ из металлических фотокатодов при частотах излучения, не очень далеких от пороговой частоты (v^l,5 V0), хорошо описывается феноменологической теорией Фаулера, согласно которой
аА0 Т2ехр
Ztv0 — Ztv \ kT )
A0 Г(fcv-ftvg)*
v<v„;
где и—F/hv — отношение плотности возбужденных светом электронов к плотности нормального электронного газа в эмиттере; A0-^nemkiIh3— постоянная Ричардсона. Пороговая частота ФЭ V0 строго определена только при T=O. При Т>0 ФЭ наблюдается вблизи порога и при частотах v<v0. Квантовый выход ФЭ из чистых металлических поверхностей в видимой области спектра имеет порядок IO-4 электрон/фотон, а при fcv^lO эВ не превышает IO-2 электрон/фотон (рис. 25.12).
Рис. 25.13. Спектральные характеристики квантового выхода ФЭ для образцов кремния п- и р-типов с различной степенью легирования х/?е~4 [16]
Образец р,0п і --0,0018,р-п
¦тип
----OiOHjP -тип
---O1OZI,р -тип
--------0t85l,p - тип
-----1Z,5,n-mun
----0,0Б2,п-тип
------0.0057,п-тип
575 Снижение работы выхода полупроводников путем адсорбции на их поверхности электроположительных атомов (цезия, бария и других) приводит к уменьшению % и резкому увеличению квантового выхода. В случае GaAs, GaP, Si и ряда других полупроводников совместная адсорбция цезия и кислорода приводит к столь сильному снижению работы выхода, что реализуется условие отрицательного электронного сродства (ОЭС). Полупроводники с ОЭС обладают наибольшим квантовым выходом в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Эффективные фотокатоды. Все эффективные фотокатоды — полупроводники. Металлы имеют высокий квантовый выход (около 0,1 электрон/фотон) только в области hv> 12 эВ и обычно при наличии на их поверхности оксидных пленок.
Эффективными фотокатодами для области спектра X<200 нм (Av>6 эВ) являются щелочногалоидные соединения (Csl, CsBr и другие), иодид меди и галоидные соединения серебра. Высокий квантовый выход в области Я=200т-350 нм получен на теллуриде цезия (Cs2Te) и теллуриде рубидия (Rb2Te). Следует отметить, что эти фотокатоды относятся к категории так называемых солнечно-слепых, т. е. фотокатодов, чувствительных в ультрафиолетовой области спектра, но не реагирующих на излучение Солнца. Рассмотренные ниже фотокатоды для видимой области спектра имеют высокий квантовый выход и в ультрафиолетовой области.
Фотокатоды, чувствительные в видимой области спектра, представляют собой антимониды щелочных ме^ таллов. Некоторые из них (CsNa2KSb) чувствительны и в ближней инфракрасной области спектра, вплоть до Я=850900 нм. До последнего времени единственным фотокатодом в области Я=900-н1100 нм был Ag-O-— Cs-фотокатод. В настоящее время разработан новый класс фотокатодов — с ОЭС. Фотокатоды с ОЭС представляют собой сильнолегированные полупроводники р-типа (GaAs, Si, твердые растворы GaInAs, InGaAsP и другие), работа выхода которых сильно снижена адсорбцией цезия и кислорода, так что уровень вакуума находится ниже дна зоны проводимости в полупроводнике. Они обладают наивысшей чувствительностью в красной и инфракрасной областях спектра.
В области Я>1,1 мкм высоким квантовым выходом обладают только фотокатоды на основе полупроводниковых гетероструктур с внешним смещением (InGaAs — InP — Ag — CsO). Длинноволновая граница таких фотокатодов определяется шириной запрещенной зоны узкозонного полупроводника (InGaAs), в котором происходит поглощение света. Сильное электрическое поле переводит фотоэлектроны из InGaAs в верхний слой InP и увеличивает их энергию до значения, превышающего уровень вакуума. Фотокатоды такого типа обладают чувствительностью в области Я до 1,7 мкм. В табл. 25.16, 25.17 и на рис. 25.14—25.26 приведены характеристики наиболее распространенных фотокатодов.
