2. Фотоэлектронная эмиссия

Испускание электронов твёрдым телом под действием света называетсяфотоэлектронной эмиссией или внешним фотоэффектом. Условиевозникновения эмиссии

Согласно закону Эйнштейна энергия кванта света расходуется на

выбивание электрона из твёрдого тела и сообщение ему кинетической

энергии:

(1.24)

Граничная частота, соответствующая порогу возникновения

фотоэмиссии(красная граница фотоэффекта), соответствует условию h_о=. Фототок с поверхности твёрдого тела пропорционален интенсивностисветового потока (закон Столетова).К основным параметрам фотокатодов относятся:

интегральная чувствительность (А/Лм) или квантовый выход (числоэлектронов, выбиваемых из катода одним квантом света);

спектральная чувствительность, отражающая зависимостьквантового выхода фотокатода от длины волны падающего света.

Последняя обычно имеет вид кривой с одним или двумямаксимумами.

Металлы как материал фотокатодов, как правило, не используются из-замалого квантового выхода (10–4–10–5 эл/квант) и расположения краснойграницы фотоэффекта многих металлов в ультрафиолетовой областиспектра. Наибольшее распространение в технике получили сложныеполупроводниковые системы (сурьмяно-цезиевый, кислородно-цезиевый, мультищелочные фотокатоды).

Кислородно-цезиевый фотокатод отличается широким спектральнымдиапазоном (200–1100 нм) при сравнительно малом квантовом выходе(0,01–0,03 эл/квант).

Рис. 1.5. Спектральные характеристики фотокатодов

Сурьмяно-цезиевый фотокатод работает в более узком спектральномдиапазоне (200–700 нм), но квантовый выход его достигает 0.3.

Существенное расширение спектрального диапазона при высоком квантовомвыходе достигнуто в сурьмяно-мультищелочных фотокатодах (200–1000 нм), которые широко используются в современных фотоэлектронныхумножителях и других фотоэлектронных приборах.

Спектральную характеристику, близкую к кривой видимости глаза, имеет висмуто-серебряно-цезиевый катод.

Перспективными материалами для фотокатодов являются соединениятипа А3В5, активированные щелочными металлами (GаАs-Сs₂О-Сs; InAsPCs₂О–Сs), которые имеют высокую чувствительность в инфракраснойобласти спектра.

Катоды фотоэлектронных приборов конструктивно изготовляютмассивными или полупрозрачными. Массивные фотокатоды представляютсобой плёнки толщиной до нескольких долей микрометра и освещаются состороны эмитирующей поверхности. Полупрозрачные фотокатоды имеюттолщину 20–30 нм и облучаются светом с тыльной стороны черезстеклянную подложку, являющуюся частью оболочка прибора. Толщинаполупрозрачного фотокатода подбирается таким образом, чтобы обеспечитьмаксимальное поглощение излучения на такой глубине от эмитирующейповерхности, при которой значительная часть возбуждённых фотонамиэлектронов может достичь этой поверхности, сохранив энергию, достаточную для выхода в вакуум. Простейшим прибором, в котором используется явлениефотоэлектронной эмиссии, является фотоэлемент, состоящий из фотокатода, анода и вакуумной оболочки. В последнюю входит и подложка фотокатодаили оптическое окно. Фотокатоды применяются также в качестве элементаряда электронных приборов – фотоумножителей, электронно-оптическихпреобразователей, передающих электронно-лучевых трубок и др.