Способ получения фотоэлектронной эмиссии
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советскик
Социалистическив
Республик
<,764009
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 05 ° 10 76 (21)2411788/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Опубликовано 15,0980. Бюллетень йо 34
Дата опубликования описания 150980 (51)М Кл л3
H 01 J 40/16
Государственный комитет
СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДКб21.383.29..032(088.8) (72) Авторы изобретения
А.Г.Ждан,Н.A.Ëóøíèêoâ,Н.М.Россуканый и Е.В.Ченский
Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники AH СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ
ЭМИССИИ
Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть использовано в производстве детекторов электромагнитных излучений и других фотоэмиссионных приборов.
Известен способ получения фотоэлектронной эмиссии, основанный на использовании змиттеров с отрицательным электронным сродствбм на основе дырочных полупроводников 11) .
Существенный недостаток известного способа заключается в сложности поверхностной обработки. Обычно такая обработка проводится в сверхвысоком вакууме, а применение легколетучих активных веществ требует сохранения сверхвысокого вакуума в готовом приборе и ограничивает воспроизводимость параметров и срок службы соответствующих устройств.
Известен способ получения фотоэлектронной эмиссии, заключающийся в приложении переменного электрического поля к полупроводнику 12) .
В известном решении применяется высокочастотное поле, у которого обратная частота больше времени макс велловской релаксации электронов.
Однако известный споСоб не обеспечивает высокой эффективности эмиссии.
Цель изобретения — повышение эффективности эмиссии.
Это достигается тем, что обратная частота поля меньше времени максвелловской релаксации в полупроводнике.
В фотозмиссионном устройстве осуществляют нестационарный режим пита- ния при обратной частоте внешнего эЛектрического поля меньшей времени максвелловской релаксации в полупро воднике. При этом амплитуду поля выбирают такой, чтобы энергия фотоэлектронов, прйобретаемая ими в этом поле, была бы большей длины рассеяния горячих электронов и длины поглощения света в полупроводнике. Таким образом, исключается операция активировки полупроводника внешними агентами, имеющая целью экспериментальное понижение электронного средства, и расширяется выбор полупроводниковых материалов- для изготовления фотокатодов, ибо в этом случае не обязательно испольэовать дырочный полупроводHHIC °
На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа, где 1— металлический электрод, 2 — полупроводник толщиной h 3 — вакуумный
764009
3О 10 4 А/см2
40 формула изобретения
d0 зазор шириной 7, 4 — анод, 0 0 щ s i n2ti F t — напряжение питания, — частота, t — время; на фиг.2—
-эонная диаграмма.
Если внешнее поле Я = О, то зоны в полупроводнике плоские. При Я ФО для случая обогащения его поверхнобэи электронами статическое поле проникает в полупроводник на глубину порядка радиуса Дебая (г ) вследствие экранирования внешнего йоля в-полупроводнике свободными носителями заряда. Это приводит к изгибу зон в полупроводнике на величину у рз ЕРр
Обычно „составляет несколько десятых долей электронвольта. Таким образом, электронное сродство полупроводника в статическом поле понизится относительно уровня Е в .объеме на величину равновесного изгиба зон
М равн
Если поле сделать высокочастотным причем таким, чтобы его обратная частота 4/f была меньше времени максвелловской релаксации в полупроводнике Р„,, то оно будет свободно проникать в объем полупроводника, что приведет к значительно большим изгйбам зон. При обогащающем знаке поля зоны в полупроводнике изгибаются вниз, вызывая соответствующее понижение уровня вакуума, т.е.электронного сродства. Очевидно, что.изгиб зон, а следовательно, и электронное сродство будут "следить" за мгновенными значениями электрического поля.
Зонная диаграмма для этого случая изображена на фиг.2,Электроны, разогреваясь во внешнем поле, приобретают энергию Е» 0 .E,,ãäå Р - длина свободного пробега для рассеяния энергии.Если энергия E Ькажется больше х, то электроны из полупроводника, рож даемые, например, в результате фотовозбуждения, будут эмитированы в. вакуум. -Из условия Е > X следует,что фотоэлектроны могут выйти из области полупроводника x > Ь вЂ” (фиг.2).
Х
QE т.е. иэ тех областей полупроводника, для которых выполняется условие су- ществования отрицательного электронного Сродства. Из условия Е > а следует также, что понижение электронного сродства внешними агентами (Cs,О,ВаО и пр.) приведет к реализации отрицательного электронного срод" ства в более слабых полях. Для собственного 61 при 300 К подвижность
Ъ, и концентрация электронов составляют
1ц = 1300 см /B.ñ. и n = 2,5 ° 10 см соответственно. Максвелловское время с раас, где p = 1/ яр — удельное сопротивление, а Э» 12 — относительная диэлектрическая проницаемость
pi .Тогда имеем: c E С /qn и"- 2.10 с.
Следовательно, при 1/Г Ä(< " 5 Mru) будут достигнуты условия однородного распределения поля C Ь полупроводниice.
5 Из экспериментов известно, что длины свободного пробега горячих электронов 0 < 200 A.. Таким образом
У для получения отрицательного электрон. ного сродства и эффективной эмиссии, например, при Я = 2 эВ необходимы поля E 10 В/см.
Для реализации предлагаемого способа необходимо также наложить ограничения на толщину полупроводника h, которая должна быть как можно меньше, для достижения требуемых полей при минимальных напряжениях. С другой сторонй, величина h. должна быть больше и длины погложения света в образце.
Оценим плотность эмиссионного тока. Пусть h = 10 см, M = 10 4см.
Ссгласно электростатике E =
1 n n (фиг.2). Тогда для получения F =
45 =10 B/cM неоРходимо напряжение U и 10 В. При плотности потока фотонов 10 см с, ° квантовом выходе фотопроводимости = 1 плотность фотоэмиссионного тока составляет
Таким образом, использование нестационарного режима питания фотоэмиссионного устройства при амплитудах напряжения, обеспечивающих достижение горячими электронами в полупроводнике энергий, превышающих электронное сродство, повышает эффектив-. ность фотоэлектронной эмиссии.
Способ получения фотоэлектронной эмиссии, заключающийся в приложении переменного электрического поля к полупроводнику, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности эмиссии, обратная частота поля меньше времени максвелловской релаксации в полупроводнике.
ИСточ них и информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Петров И.Н. Эмиттеры с отрицательным электронным сродством. Журнал технической физики, 1971,9 12, с.2973.
2. АВторское свидетельство СССР
Р 399933, кл. Н 01 J 1/30, 18.02.74 поототип).
764009
Составитель Ю.Кутенин
Редактор Г.Нечаева Техред Н.Ковалева,, Корректор Й.Муска
Заказ 629 46 Тирам Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал НПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4
