Питання на 2 модуль по дисципліні «Вакуумна та плазмова електроніка»

1. Наведіть основні характеристики та устрій двох основних фотокатодів.

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.

2. Назвіть та опишіть основні характеристики фотокатодів. В чому відмінність вакуумних та іонних фотоелементів? Дайте визначення коефіцієнта газового посилення.

Рисунок 1.5 Основні характеристики фотоелемента: а) вольт-амперна характеристика; б) світлова характеристика; в) вольт-амперна характеристика іонного фотоелемента

У газонаповнених фотоелементах вольт-амперна характеристика, на відміну від характеристики вакуумного фотоелемента, не має різко вираженої області насичення (рис.1.5в); при збільшенні струму I_а до величини струму емісії фотокатода крива злегка загинається, але при подальшім збільшенні анодної напруги внаслідок виникаючої іонізації газу струм починає різко збільшуватися. Розряд залишається несамостійним доти, поки напруга на аноді не буде дорівнювати потенціалу запалювання U_з, при якому в фотоелементі виникає самостійний тліючий розряд. Самостійний розряд у фотоелементі приводить до руйнування катода, що неприпустимо.

Відношення струму при робочому режимі (U_a ≈ 220 – 240 В) у газонаповненому фотоелементі до струму насичення, який був би в цьому фотоелементі при відсутності в ньому газу (ця величина визначається легким вигином характеристики), називається коефіцієнтом газового посилення К_г=I_газ/I_вак. Для збільшення газового посилення необхідно вводити у фотоелемент більше газу; але, у той же час, при великому тиску газу легко виникає самостійний розряд. Тому тиск газу у фотоелементах беруть порядку 10 ^-2 мм рт. ст, що забезпечує коефіцієнт газового посилення від 5 до 8.

Необхідно також відзначити, що вольт-амперні характеристики електронних фотоелементів із сурм'яно-цезієвим катодом при більшому освітлювані не мають насичення, тобто зі збільшенням напруги струм продовжує зростати. Це пояснюється більшим поздовжнім опором шару сурм'яно-цезієвого катода. При значному струмі, між віддаленими областями поверхні катода виникає різниця потенціалів. В результаті частина емітованих електронів переходить не на анод, а вертається до катода. Збільшення анодної напруги, що перешкоджає поверненню електронів, приводить до збільшення струму. Електрони, що вертаються, бомбардуючи катод, вибивають із нього вторинні електрони.