Физическая энциклопедия

ФОТОКАТОД


катод фотоэлектронных приборов, эмиттирующий эл-ны под действием электромагн. излучения УФ, видимого и ИК диапазонов (см. ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ). Ф. представляет собой пластинку или (чаще) тонкую плёнку фотоэмиссионного материала на непрозрачной или прозрачной подложке; в первом случае Ф. освещается с фронтальной стороны, во втором — он полупрозрачен и освещается со стороны подложки. Основные параметры Ф.: интегральная чувствительность (отношение фототока в мкА к падающему световому потоку в лм от стандартного источника излучения), спектральная чувствительность S? на длине волны ? в мА/Вт или квантовый выход Y=1,24S?/?, равный отношению числа эмиттированных электронов к числу падающих квантов излучения. Спектральная характеристика Ф. S? (?) ограничена со стороны длинных волн порогом фотоэффекта ?0 и имеет вид кривой с максимумом на длине волны ?м. Кроме того, Ф. характеризуется плотностью темнового тока, создаваемого термоэлектронной эмиссией.
Спектральные характеристики квантового выхода Y основных типов фотокатодов (сплошные линии) и 3-х типов фотокатодов с отрицательным электронным сродством (пунктир), представляющих собой эпитаксиальные плёнки сильно легированных акцепторами полупроводников типа АIIIВV, активированные монослоем Cs или Cs,O; 1) CsTe; 2) Cs3Sb; 3) K2CsSb; 4) Na2KSb; 5) Na2KSb—Cs; в) Bi—Ag—О—Cs; 7) Ag—O—Cs; 8) ОЭС-Ф на основе GaAsP—Cs; 9) GaAs—Cs, O; 10) InGaAsP—Cs, O.
Применяются след. типы Ф.: Cs2Te и RbTe, чувствительные в ближнем УФ диапазоне и нечувствит. в видимой обл. (рис.); сурьмяно-цезиевый Ф. (Cs3Sb) и бищелочные Ф. (Na2 KSb, K2CsSb), чувствительные в коротковолновой части видимого спектра с ?=600 —650 нм; многощелочной Ф. (Na2KSb — Cs), чувствительный во всём видимом диапазоне и ближней ИК области спектра (?м=500 нм, ?0=900—940 нм); серебряно-кислородно-цезиевый Ф. (Ag—О—Cs), обладающий наиболее протяжённой в ИК область спектра спектральной характеристикой (?0»1,2—1,5 мкм), но невысокой чувствительностью и сравнительно большим темновым током.
Т. н. Ф. с отрицательным сродством к электрону характеризуются значительно более высокой и равномерной чувствительностью с порогом ?0, зависящим от состава и достигающим 1,7 мкм, а также низким уровнем темнового тока, но более сложной технологией (сверхвысокий вакуум, эпитаксия, высокочистые исходные материалы и меньшей стабильностью.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ФОТОКАТОД

- фоточувствит. элемент вакуумных фотоэлектронных приборов, эмитирующий электроны под действием эл.-магн. излучения УФ-, видимого и ИК-диапазонов (см.Фотоэлектронная эмиссия).

Ф. представляет собой слой фоточувствит. материала, нанесённого на непрозрачную или прозрачную подложку. Толстые непрозрачные слои освещаются со стороны вакуума, а тонкие полупрозрачные плёнки, нанесённые на прозрачную подложку, могут освещаться как со стороны вакуума, так и со стороны подложки. Ф. для видимой, ИК- и ближней УФ-областей спектра имеют в своём составе (или на поверхности) щелочные металлы, вступающие в реакцию с атм. воздухом. Поэтому такие Ф. работают только в условиях высокого, вакуума и изготавливаются непосредственно в фотоэлектронных приборах или вводятся в них из вспомогат. вакуумной камеры.

Осн. параметрами Ф. являютсяспектральная чувствительность, квантовый выходфотоэлектронной эмиссии, интегральная чувствительность и плотность темнового тока. Спектральная чувствительность -отношение фотоэлектронного тока в режиме насыщения (в мА) к мощности падающего на Ф. монохроматич. излучения с длиной волны (в Вт). Со стороны длинных волн зависимость ограничивается порогом, или длинноволновой границей, фотоэлектронной эмиссии На практике определяется как длина волны, при к-рой Квантовый выход - отношение числа эмитированных фотоэлектронов к числу падающих на Ф. фотонов монохроматич. излучения:




Квантовый выход часто выражается в процентах. Интегральная чувствительность Ф.S-отношение фототока в режиме насыщения (в мкА) к величине падающего светового потока (в лм) от стандартного источника излучения (лампа накаливания с вольфрамовой нитью приТ=2850 К). связаны соотношением


где -мощность излучения на данной длине волны,- относительная спектральная чувствительность "нормального" человеческого глаза (кривая видности), -порог чувствительности Ф., -границы видимого спектра,F0-683 лм/Вт - световой поток в лм, соответствующий потоку в 1 Вт монохроматич. излучения с нм.

Темновой ток Ф.- ток через фотоэлемент в отсутствие облучения, определяетсятермоэлектронной эмиссией.Она зависит от состояния поверхности Ф. (работы выхода Ф) и его темп-ры. Темновой ток является осн. источником электрич. шума в фотоэлектронных приборах. Среднеквадратичный шум в отсутствие излучения равен


гдее-заряд электрона, -плотность темнового тока,q-площадь Ф., -ширина полосы частот регистрирующего устройства. Ф. также характеризуется стабильностью его чувствительности во времени и термостойкостью, т. е. диапазоном рабочих темп-р, в границах к-рого чувствительность Ф. сохраняется в заданных пределах.


В качестве Ф. в фотоэлектронных приборах (табл.) обычно используют фоточувствит. материалы, обладающие высоким квантовым выходом - т. н. эффективные Ф. Подавляющее большинство эффективных Ф. представляют собой полупроводники (см.Полупроводниковые материалы).Чистые металлы в видимой и ближней УФ-областях спектра имеют малый квантовый выход и практически не используются в качестве Ф. Несколько выше квантовый выход бинарных сплавов (напр., Mg - Ba), к-рые иногда применяются в приборах, чувствительных к УФ-излучению. Высоким квантовым выходом обладают полупроводниковые материалы с дырочной проводимостью (р-типа) и малым положит,сродством к электронуВ таких полупроводниках глубина выхода фотоэлектронов достигает неск. десятков нм. В результате значит, часть фотоэлектронов имеет возможность выйти в вакуум. Кроме того, в приповерхностной области таких Ф, существует электрич. поле, ускоряющее фотоэлектроны к поверхности. Именно эти два обстоятельства обусловливают высокий квантовый выход фотоэмиссии таких полупроводников. Ещё более высоким квантовым выходом обладают полупроводники с отрицат. эффективным электронным сродством, т. е. полупроводники, для к-рых уровень вакуума лежит ниже дна зоны проводимости в объёме полупроводника. В этом случае в вакуум могут выйти не только горячие, но и термализованные фотоэлектроны, глубина выхода к-рых равна диффузионной длине неосновных носителей заряда и достигает неск. тысяч нм, т. е. может превышать глубину поглощения света. В результате большинство электронов, возбуждённых светом в объёме полупроводника, выходят в вакуум и квантовый выход имеет большую величину во всей области чувствительности Ф.

Среди эффективных Ф. наиб, распространение получили Ф. на основе антимонидов щелочных металлов: сурьмяно-цезиевый, двухщелочные и многощелочной.

Сурьмяно-цезиевый (Cs3Sb) Ф.- полупроводникр-типас шириной запрещённой зонымкм. Он изготавливается путём воздействия паров Cs в вакууме на испаренный на подложку (обычно стекло) слой Sb при темп-ре В области квантовый выход фотоэмиссии достигает 0,1-0,2 электрон/фотон (рис. 1). Обработка Cs3Sb небольшим кол-вом кислорода (сенсибилизация) сдвигает порог фотоэмиссии в длинноволновую область спектра и увеличивает квантовый выход, особенно вблизи порога. Этот эффект связан с уменьшением работы выхода и электронного сродства.

Двухщелочные Ф. представляют собой соединения Sb и двух щелочных металлов. Они так же, как и Cs3Sb, являются полупроводникамиp-типа и изготавливаются последовательным воздействием на Sb паров двух щелочных металлов приТ=150-200 °С. Наиб, распространение получили Ф. на основе K2CsSb и Na2KSb. Они отличаются от Ф. на основе Cs3Sb чрезвычайно низким темновым током ( А/см ), а Ф. на основе K2CsSb имеет, кроме того, более высокий квантовый выход, чем на основе Cs3Sb, во всей области спектра.

Многощелочной Ф. представляет собой двухщелочной Ф. на основе Na2KSb, покрытый поверхностным диполь-ным слоем Cs - Sb (или Cs), снижающим В результате на поверхности многощелочного Ф. реализуется нулевое или небольшое отрицат. эффективное электронное сродство. Именно этим обусловлена высокая чувствительность данного Ф. (рис. 1). Среди Ф. на основе антимонидов щелочных металлов многощелочной Ф. обладает спектральной характеристикой, наиб, протяжённой в длинноволновую область спектра и наиб. интегральной чувствительностью (до 500-700 мкА/лм). Величина многощелочного Ф. и величина его чувствительности существенно зависят от технологии его изготовления.

Рис. 1. Спектральные характеристики квантового выхода фотоэмиссии фотокатодов на основе Cs3Sb (1) и Na2К Sb(Cs) (2).



Наиб. чувствительностью в видимой и ближней ИК-областях спектра обладают Ф. с отрицат. электронным сродством (ОЭС). Они представляют собойсильно легированные полупроводники p-типа, работа выхода к-рых снижена так, что уровень вакуума оказывается ниже дна зоны проводимости в объёме полупроводника. Такие Ф. изготавливаются на основе полупроводниковых соединений GaP, GaAs, InP и ихтвёрдых растворов,а также на основе Si. В процессе изготовления Ф. поверхность полупроводника очищается прогревом в сверхвысоком вакууме, после чего работа выхода снижается адсорбцией цезия и кислорода. Наиб. высокую чувствительность имеют Ф. с ОЭС, изготовленные на основе совершенных полупроводниковых эпитаксиальных плёнок, обладающих большими диффузионными длинами (см.Эпитаксия).Длинноволновая граница Ф. с ОЭС определяется шириной запрещённой зоны используемого полупроводника (рис. 2): где l0в мкм, а - в эВ. Ф. на основе GaAs с ОЭС имеет мкм, а его интегральная чувствительность достигает 2000 мкА/лм. У Ф. на основе InGaAsP с ОЭС наивысший квантовый выход (2-9%) при l=1,06 мкм (длине волны излучения неодимого лазера). Недостатками Ф. с ОЭС является их высокая стоимость и меньшая стабильность по сравнению с Ф. на основе антимонидов щелочных металлов.


Рис. 2. Спектральные характеристики квантового выходафотоэмиссии фотокатодов с ОЭС: 1-GaAsP (Eg=1,85 эВ); 2-GaAs 3-InGaAsP

До разработки Ф. с ОЭС единственным фотокатодом, чувствительным в ИК-области l>0,9 мкм был серебряно-кислородно-цезиевыи Ф. (Ag-O-Cs). Хотя его чувствительность значительно ниже, чем у Ф. на основе InGaAsP с ОЭС, Ф. на основе Ag-О-Cs и сейчас широко применяется в фотоэлектронных приборах (спектральная характеристика приведена на рис. 3). Для этого Ф. а квантовый выход при l=0,8 мкм составляет 0,003- 0,005. Ф. на основе Ag-О - Cs изготавливается обработкой в парах Cs плёнки Ag, окисленной в тлеющем разряде в атмосфере кислорода. Ф. состоит из окиси цезия с примесями Ag и избыточного Cs и с вкраплением микрочастиц Ag. На поверхности этого Ф. находится плёнка адсорбированных атомов Cs. Механизм фотоэлектронной эмиссии из Ag-О-Cs до конца не ясен. Предполагается, что длинноволновая часть спектральной характеристики Ф. на основе Ag-O-Cs (l>500 нм) определяется возбуждением фотоэлектронов спримесных уровней,связанных с Ag и избыточным Cs, или из микрочастиц Ag в зону проводимости Cs2O и оттуда в вакуум. Недостатком Ф. на основе Ag - О - Cs является большой темновой ток (~10-12-10-11А/см2приТ= Tкомн.)

Рис. 3. Спектральная характеристика фотокатода на основеAg-О-Cs.


Все Ф., чувствительные в видимой области спектра, чувствительны и к УФ-излучению. Однако в нек-рых приёмниках УФ-излучения целесообразно использовать Ф., нечувствительные к видимому свету. В солнечно-слепых приёмниках излучения, чувствительных в ближней УФ-области спектра, соответствующей полосе поглощения озона в земной атмосфере (l > 300 нм), и нечувствительных в видимой области спектра, в качестве Ф. используются плёнки теллу-ридов щелочных металлов (Cs2Te и Rb2Te). Эти Ф. представляют собой полупроводники с При l=0,25 мкм квантовый выход фотоэмиссии из них достигает 0,1-0,2 электрон/фотон. В более далёкой УФ-области спектра в качестве Ф. используются плёнки щёлочногалло-идных соединений, CuI и галлоидные соединения серебра.

Длинноволновая граница l0всех рассмотренных Ф. определяется величиной их работы выхода и ограничена значением Фоточувствительностью в более длинноволновой области спектра обладают только Ф. на основе полупроводниковых структур с сильным внутр. или внеш. электрич. полем. Ф. с сильным внеш. электрич. полем представляют собой полупроводниковые автокатоды (см.Автоэлектронная эмиссия),изготовленные из полупроводниковp-типа или высокоомных полупроводниковn-типа, величина эмиссионного тока для к-рых резко увеличивается при освещении. Механизм фоточувствительности полупроводниковых автокатодов состоит в следующем.Вольт-амперные характеристики(ВАХ) автоэлектронной эмиссии из указанных полупроводников существенно нелинейны (особенно при низкой темп-ре) - в них имеется область насыщения, обусловленная рядом связанных процессов: проникновением электрич. поля в глубь полупроводника и возникновениемр-n-перехода вблизи острия в полупроводникахp-типа, увеличением падения напряжения на эмиттере и возникшемр - n-переходе, изменением геометрии поля вблизи эмиттер

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
катод


  1. фотокатод—ФОТОКАТОД катод iэлектровакуумного прибора эмиттирующий электроны под действием света см. Фотоэлектронная эмиссия. iДля изготовления Ф. обычно используют вещества на осно...Большая советская энциклопедия
  2. фотокатод—Катод электровакуумного прибора эмиттирующий электроны под действием света см. Фотоэлектронная эмиссия. Для изготовления Ф. обычно используют вещества на основе соединени...Большая Советская энциклопедия II
  3. фотокатод—сущ. муж. рода...Большой русско-украинский словарь
  4. фотокатод—мен. чол. роду...Большой украинско-русский словарь
  5. фотокатод—холодный катодi эмитирующий электроны в вакуум под действием оптич. излучения см. Фотоэффект внешний.i Применяется гл. обр. в фотоэлектронных приборах.i Эффективные Ф. чу...Большой энциклопедический политехнический словарь
  6. фотокатод—а ч.i ел.i Катод що випромню електрони вд дяння свтла....Великий тлумачний словник (ВТС) сучасної української мови
  7. фотокатод—Начальная форма Фотокатод винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  8. фотокатод—фотокатод фотокатод а...Орфографический словарь
  9. фотокатод—u мu мн.u фотокатоды Р.u фотокатодов катод...Орфографический словарь русского языка
  10. фотокатод—фотокатод менник чоловчого роду...Орфографічний словник української мови
  11. фотокатод—фотокатод...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  12. фотокатод—photocathode...Политехнический русско-французский словарь
  13. фотокатод—Орфографическая запись слова фотокатод Ударение в слове фотокатод Деление слова на слоги перенос слова фотокатод Фонетическая транскрипция слова фотокатод [фатактот] Хар...Полный фонетический разбор слов
  14. фотокатод—фотокатод аСинонимы катод...Русский орфографический словарь
  15. фотокатод—photocathode...Русско-английский морской словарь
  16. фотокатод—photoelectric cathode photoemissive cathode photoemitter cathode photocathode photoemitter фотокатод м.uphotocathode photoelectric cathodeмозаичный фотокатод mosaic pho...Русско-английский политехнический словарь
  17. фотокатод—м. висмутосеребряноцезиевый фотокатод кислородносеребряноцезиевывй фотокатод многощелочной фотокатод мозаичный фотокатод полупрозрачный фотокатод прозрачный фотокатод сол...Русско-английский словарь по физике
  18. фотокатод—photoelectric cathode photocathode...Русско-английский словарь по электронике
  19. фотокатод—photocathode...Русско-английский химический словарь
  20. фотокатод—м. fotocatodo m catodo m fotoelettrico мозаичный фотокатод непрозрачный фотокатод полупрозрачный фотокатод прозрачный фотокатод...Русско-итальянский политехнический словарь
  21. фотокатод—Синонимы катод...Русско-китайский словарь
  22. фотокатод—Fotokatode Fotoemitter...Русско-немецкий политехнический словарь
  23. фотокатод—Fotokatode Photokatode...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  24. фотокатод—Fotokatode Photokatode...Русско-немецкий химический словарь
  25. фотокатод—физ. фотокатод металлический фотокатод мозаичный фотокатод оксидный фотокатод полупрозрачный фотокатод сложный фотокатод щелочной фотокатод Синонимы катод...Русско-украинский политехнический словарь
  26. фотокатод—cathode photosensible photocathode...Русско-французский словарь по химии
  27. фотокатод—fotokatoda...Русско-чешский словарь
  28. фотокатод—фотокатод катод...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  29. фотокатод—фотокатод а Синонимы катод...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
  30. фотокатод—фотокатод см.em фото. катод электровакуумного прибора испускающий под действием света поток свободных электронов. Новый словарь иностранных слов. by EdwART фотокатод а м...Словарь иностранных слов русского языка
  31. фотокатод—фотокатод сущ. колво синонимов катод Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы катод...Словарь синонимов II
  32. фотокатод—фотокатод ч. фото. катод катод фотоелемента що випромню електрони вд дяння свтла. Див. також катод...Словник іншомовних слів
  33. фотокатод—фотокатод вд фото. катод катод фотоелемента що випромню електрони вд дяння свтла....Словник іншомовних слів Мельничука
  34. фотокато́д—ФОТОКАТОД а ч. ел. Катод що випромню електрони вд дяння свтла. Словник укрансько мови в тт. АН УРСР. нститут мовознавства за ред. . К. Блодда. К. Наукова думка . Т. . ...Словник української мови в 11 томах
  35. фотокатод—ФОТОКАТОД а ч. ел.Катод фотоелемента що випромню електрони вд дяння свтла.На основ напвпровдникв можна створити чудов електроннооптичн пдсилювач свтла. х чутливсть така в...Словник української мови у 20 томах
  36. фотокатод—фотокатод [см. фото.] катод электровакуумного прибора испускающий под действием света поток свободных электронов....Толковый словарь иностранных слов
  37. фотокатод—а ч. ел. Катод що випромню електрони вд дяння свтла....Толковый словарь украинского языка
  38. фотокатод—Ударение в слове фотокатодУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове фотокатод...Ударение и правописание
  39. фотокатод—физ. фотокатод...Украинско-русский политехнический словарь
  40. фотокатод—[fotokatod]...Українсько-польський словник
  41. фотокатод—Откат Ооо Октод Окот Отто Око Окат Ока Ода Оао Отток Ток Кот Код Тоо Фок Каф Кат Докт Док Дак Афт Атто Аоот Акт Фотокатод Фототок Дот Фото Фотка Фот Катод Фат Коат Факт Т...Электронный словарь анаграмм русского языка
  42. фотокатод—[photocathode photoelectric cathode] катод электровакуумного прибора эмитирующий электроны под действием света. Наибольшее распространение получили следующие фотокатоды ...Энциклопедический словарь по металлургии