Фотокатод повышенной чувствительности и способ его изготовления

Изобретение относится к конструкциям и способам изготовления фотокатодов повышенной чувствительности, предназначенных для работы при низком уровне освещенности. Данные фотокатоды используются для фотоэлектронных приборов, применяемых в исследовательских целях, в промышленности, для специальных назначений и пр. Технический результат - увеличение внешнего квантового выхода фотокатода за счет снижения рекомбинации фотоэлектронов на границе раздела с подложкой. Фотокатод повышенной чувствительности состоит из подложки, фотоэмиссионного слоя и промежуточного слоя для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем, отличается тем, что фотоэмиссионный слой выполнен из теллурида цезия - Cs2Te, а промежуточный слой для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем выполнен на основе йодида цезия - CsI. Способ изготовления фотокатода повышенной чувствительности заключается в нанесении на подложку проводящего материала (Cr, Mo, W), нанесении на поверхность Те, обработке этой поверхности парами Cs для получения Сs2Те фотокатода, отличается тем, что между проводящим материалом и фотокатодом наносят слой щелочного металла и обрабатывают его парами йода I для получения промежуточного слоя йодистого цезия CsI, обеспечивающего создание потенциального барьера между подложкой и фотокатодом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям и способам изготовления фотокатодов повышенной чувствительности, предназначенных для работы при низком уровне освещенности. Данные фотокатоды используются для фотоэлектронных приборов, применяемых в исследовательских целях, в промышленности, для специальных назначений и пр.

Известен щелочной фотокатод Cs2Te. Проблема заключается в том, что в фотокатоде при возникновении фотоэффекта в результате облучения электронами, часть фотоэлектронов движется в сторону вакуума, а часть в обратную сторону - к подложке, достигают ее, т.к. потенциальный барьер не мешает этому, и там рекомбинируют.Следовательно, не достигается возможное максимальное значение квантового выхода фотокатода и чувствительности прибора.

Известны фотокатоды на основе герероструктур А3В5 (см., например, патент GB1526937 "А3В5 полупроводниковый фотокатод" от 04.10.1978, патентобл. STANDARD TELEPHONES CABLES LTD, Кл. МПК H01J 1/34, H01J 9/12). В данном патенте описан фотокатод, который содержит слой для уменьшения рекомбинации фотоэлектронов, увеличивающий ширину запрещенной зоны. Фотокатод стоит из подложки, фотоэмиссионного слоя и слоя для уменьшения рекомбинации фотоэлектронов.

Недостаток данных фотокатодов заключается в том, что все фотокатоды на основе соединений А3В5 крайне чувствительны к уровню вакуума, при малейшем ухудшении вакуума падает их квантовый выход и чувствительность. Это происходит потому, что для получения фотокатода поверхность соединения А3В5 подвергают активировке парами Cs и кислорода. Толщина активированного слоя равна толщине диполя из атомов Cs и кислорода, т.е. толщине двух монослоев или около 10 . Поэтому при ухудшении вакуума посторонние молекулы абсорбируются поверхностью фотокатода, а так как этот поверхностный слой достаточно тонкий, то достаточно небольшого количества молекул, чтобы изменить состав слоя и, следовательно, снизить его чувствительность. Такие фотокатоды могут работать только в условиях очень высокого вакуума и быстро "умирают" при малейшем его ухудшении. Таким образом, эксплуатационные характеристики фотокатодов на основе гетероструктур А3В5 требуют создания для их работы очень высокого уровня вакуума, что достаточно дорого и не всегда осуществимо. Такие фотокатоды очень "капризны" и не удовлетворяют требованиям эксплуатации в жестких условиях внешней среды, где присутствуют, например, высокие температуры, радиация, и т.п.

Задача заключается в создании фотокатода, более устойчивого к уровню вакуума, пригодного к эксплуатации в жестких условиях внешней среды. Технический результат заключается в увеличении внешнего квантового выхода фотокатода за счет снижения рекомбинации фотоэлектронов на границе раздела с подложкой. За счет этого увеличивается чувствительность прибора, в котором применяется этот фотокатод.

Фотокатод повышенной чувствительности, состоящий из подложки, фотоэмиссионного слоя, и промежуточного слоя для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем, отличается тем, что фотоэмиссионный слой выполнен из теллурида цезия - Cs2Te, а промежуточный слой для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем выполнен на основе йодида цезия - CsI.

Способ изготовления фотокатода повышенной чувствительности заключается в нанесении на подложку проводящего материала (Cr, Mo, W), нанесения на поверхность Те, обработки этой поверхности парами Cs для получения Cs2Te фотокатода, отличается тем, что между проводящим материалом и фотокатодом наносят слой щелочного металла и обрабатывают его парами йода I для получения промежуточного слоя йодистого цезия CsI, обеспечивающего создание потенциального барьера между подложкой и фотокатодом.

Выбор фотокатода определяется тем, что щелочной фотокатод устойчив к среднему уровню вакуума. Этот фотокатод может поглощать в достаточно большом количестве посторонние атомы и молекулы без существенной потери своей чувствительности. Толщина щелочных фотокатодов для УФ области находится в диапазоне 0,1-0,2 мкм, что соответствует 200-400 монослоям.

CsI представляет собой полупроводник р-типа с шириной запрещенной зоны 7,5 эВ. Благодаря слою CsI между подложкой и фотокатодом образуется потенциальный барьер, который фотоэлектроны не могут преодолеть, следовательно, уменьшается количество рекомбинирующих фотоэлектронов, так как фотоэлектроны не могут достигнуть границы раздела с подложкой. Т.о., CsI выбран потому, что он является полупроводником р-типа и эффективным фотокатодом для области спектра, соответствующей спектру Cs2Te фотокатода, и имеет проводимость, достаточную, чтобы проводить фотоэмиссионный ток, возникающий при облучении фотокатода.

Фотокатод изготавливают следующим образом. В вакуумной камере на подложку наносят проводящий материал (например, Cr, Mo, W), затем напыляют щелочной металл Cs, который обрабатывают парами I (в общем случае, в качестве щелочного металла может быть использован так же K или Rb). Ширина промежуточного слоя CsI может быть в интервале от 1Е-9 до 1Е-8 м (10-100 ). Далее, наносят фотокатод, напыляя Те, а затем активируют его Cs.

CsI представляет собой полупроводник р-типа и имеет проводимость (не изолятор). Ширина запрещенной зоны CsI составляет примерно 7,5 эВ, а у Cs2Te порядка 4 эВ. Таким образом, высота потенциального барьера для CsI составляет порядка 2÷3 эВ (см. рис. 1, 2). Применение зонных схем в данном случае условно, т.к. CsI и Cs2Te не монокристаллы, а аморфные полупроводники, и картина зонных схем в реальности размыта, смазана, ширина запрещенной зоны изменяется в определенных пределах, которые больше чем у монокристаллов. Однако данная интерпретация позволяет понять физику процессов. Так как процесс нанесения слоев фотокатода происходит в вакууме без выноса в атмосферу, то образуется граница раздела между слоями CsI и Cs2Te, не имеющая посторонних атомов и молекул, которые могут быть нежелательными центрами рекомбинации и уменьшить квантовый выход.

Квантовый выход без промежуточного слоя обычно составляет не более 20%, квантовый выход фотокатода со слоем CsI может достигать 22-25% на тех же длинах волн, т.е. чувствительность фотокатода увеличивается на 10-25%, что дает ощутимый эффект в регистрации предельно малых световых потоков.

1. Фотокатод повышенной чувствительности, состоящий из подложки, фотоэмиссионного слоя и промежуточного слоя для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем, отличается тем, что фотоэмиссионный слой выполнен из теллурида цезия - Cs2Te, а промежуточный слой для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем выполнен на основе йодида цезия - CsI.

2. Способ изготовления фотокатода повышенной чувствительности заключается в нанесении на подложку проводящего материала (Cr, Mo, W), нанесении на поверхность Те, обработке этой поверхности парами Cs для получения Cs2Te фотокатода, отличается тем, что между проводящим материалом и фотокатодом наносят слой щелочного металла и обрабатывают его парами йода I для получения промежуточного слоя йодистого цезия CsI, обеспечивающего создание потенциального барьера между подложкой и фотокатодом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области фотоэлектронных приборов и может быть использовано для соединения полупроводниковой структуры со стеклянным входным окном при изготовлении фотокатодов фотоэлектронных приборов.

Использование: для применения в фотоэлектронных преобразователей в инфракрасном диапазоне спектра. Сущность изобретения заключается в том, что эмиттер с отрицательным электронным сродством для фотоэлектронного преобразователя инфракрасного диапазона, содержащий прозрачное окно, полупрозрачную полупроводниковую пленку из соединения A3B5, легированную р-типа, нанесенную на поверхность окна, слой атомов цезия и кислорода, нанесенный на поверхность полупроводниковой пленки, дополнительно содержит широкозонную полупроводниковую пленку, легированную n-типа, нанесенную на полупроводниковую пленку A3B5 в форме замкнутой полосы по периметру эмиттера шириной более 1 мкм и толщиной более 0.2 мкм.

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к изготовлению полупрозрачных серебряно-кислородно-цезиевых фотокатодов в случаях, где конструктивно нежелательно проведение высокочастотного разряда для окисления основного слоя серебра, а также в целях предотвращения окисления деталей внутренней арматуры.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к технологии обезгаживания микроканальных пластин (МКП), и может быть использовано для повышения качества электронно-оптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей и детекторов на основе МКП.

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к технологии изготовления фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих одну или несколько микроканальных пластин (МКП).

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии изготовления вакуумных фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих микроканальные пластины (МКП), такие как бипланарные и инверсионные электронно-оптические преобразователи (ЭОП), фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и позиционно-чувствительные детекторы, и может быть использовано при производстве этих приборов.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к способам изготовления фотокатодов и устройствам для изготовления фотокатодов для использования их в различных областях промышленности, техники, а также для научных исследований.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способу изготовления многощелочного фотокатода в индивидуальном стеклянном вакуумном баллоне, так называемом контейнере.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу одновременного активирования нескольких фотокатодов, которые используются в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), фотоэлектронных умножителях, счетчиках фотонов и других фоточувствительных приборах.

Изобретение относится к фотокатодам, работающим в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, которые могут быть использованы в фотоинжекторах электронов для ускорителей кильватерного типа, лазеров на свободных электронах, а также для электронно-оптического преобразования сигналов в различных электронных устройствах.

Изобретение относится к электровакуумной технике, в частности к изготовлению полупрозрачных серебряно-кислородно-цезиевых фотокатодов в случаях, где конструктивно нежелательно проведение высокочастотного разряда для окисления основного слоя серебра, а также в целях предотвращения окисления деталей внутренней арматуры.

Изобретение относится к гибридным фоточувствительным приборам, предназначенным для регистрации излучения малой интенсивности. Технический результат - обеспечение функции стробирования гибридного фоточувствительного прибора при больших напряжениях.

Изобретение относится к полупрозрачному фотокатоду (1) для фотодетектора, имеющего повышенную степень поглощения при сохраняющейся степени переноса. Согласно изобретению фотокатод (1) содержит пропускающую дифракционную решетку (30) для дифракции фотонов, расположенную в слое подложки (10), на которую нанесен фотоэмиссионный слой (20).

Фотокатод // 2542334
Изобретение относится к области электронной техники. В фотокатоде, выполненном из высокочистого полупроводника, область, регистрирующая оптическое излучение, выполнена в виде полупроводниковой мембраны с омическим контактом к несущей ее подложке и расположенной над отверстием в ней, на лицевой поверхности полупроводниковой мембраны расположен диэлектрический слой нанометровой толщины и приемный электрод, отделенный от диэлектрического слоя вакуумным промежутком и выполненный в виде пленок из проводящего полупрозрачного для оптического излучения материала и люминофора, последовательно нанесенных на прозрачную для света подложку.

Изобретение относится к области эмиссионной и наноэлектроники и может быть использовано в разработке и в технологии производства фотоэлектронных преобразователей второго поколения, эмиттеров с отрицательным электронным сродством для приборов ИК-диапазона.

Фотокатод // 2454750
Изобретение относится к области электровакуумной электронной техники. .

Фотокатод // 2351035
Изобретение относится к области элементов конструкций фотоэлектронных приборов, а именно к фотокатодам на рельефных подложках, использующихся в качестве входных преобразователей электромагнитного излучения в электронный поток.

Изобретение относится к области электровакуумной электронной техники, а именно к фотоэмиссионным полупроводниковым устройствам, работающим в видимой и ближней ультрафиолетовой области.

Изобретение относится к технике изготовления фотополевых катодов из полупроводниковых материалов и может быть использовано в процессе изготовления приемников излучения для видимого и инфракрасного диапазона оптического излучения.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к полевым эмиссионным элементам, содержащим углеродные нанотрубки, используемые в качестве катодов, а также способу их изготовления.

Изобретение относится к конструкциям и способам изготовления фотокатодов повышенной чувствительности, предназначенных для работы при низком уровне освещенности. Данные фотокатоды используются для фотоэлектронных приборов, применяемых в исследовательских целях, в промышленности, для специальных назначений и пр. Технический результат - увеличение внешнего квантового выхода фотокатода за счет снижения рекомбинации фотоэлектронов на границе раздела с подложкой. Фотокатод повышенной чувствительности состоит из подложки, фотоэмиссионного слоя и промежуточного слоя для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем, отличается тем, что фотоэмиссионный слой выполнен из теллурида цезия - Cs2Te, а промежуточный слой для увеличения потенциального барьера между подложкой и фотоэмиссионным слоем выполнен на основе йодида цезия - CsI. Способ изготовления фотокатода повышенной чувствительности заключается в нанесении на подложку проводящего материала, нанесении на поверхность Те, обработке этой поверхности парами Cs для получения Сs2Те фотокатода, отличается тем, что между проводящим материалом и фотокатодом наносят слой щелочного металла и обрабатывают его парами йода I для получения промежуточного слоя йодистого цезия CsI, обеспечивающего создание потенциального барьера между подложкой и фотокатодом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх