Оптические и фотоэмиссионные свойства многощелочного фотокатода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

ШЕФОВА Ирина Александровна

ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭМИССЖЖШЕ СВОЙСТВА МНОГОЩЫЮЧНОГО ФОТОКАТОДА

01.04.04 - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1991

'□бота выполнена в Научно-исследовательском институте лектронных приборов.

лучные руководители:

доктор физико~матеы:.тических наук, старший научный сотрудник А.Л. Мусатов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.П. Бегучев

фициальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.Г. Берковский

кандидат технических наук В.Е.Кондратов

едущая организация - НПО "Электрон"

ащита состоится " 10 " января 19Э2г. в 12 час. 30 мин, на аседании специализированного совета Д 002.74.01 в Институте адиотехники и электроники по адресу 103907, Москва ГСП-З, роспект Маркса, д.18.

втореферат разослан "_"_1991г.

.о. ученого секретаря специали-

ированного совета, д.ф.-м.н. N. > \ Г.Д. Мансфельд

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Многощелочной фогокатод (МФ) является наиболее распространенным фотоэмиттером,используемым в видимом и ближнем МК диапазонах спектра. Разработка новых фотоэлектронных приборов для регистрации или преобразования оптического излучения выдвигает требование высокой чувствительности фотокатодов. По этому параметру МФ уступает лишь фотокатодам с отрицательным электронным сродством на основе соединений А^В^и кремния. В то же время МФ обладает рядом преимуществ по сравнению с ОЭС фотокатодами, например, дешевизной и простотой изготовления, возможностью создания фоточувствительного слоя на подложке сложной формы. По этим причинам МФ имеет в настоящее время наиболее широкое применение. Из сказанного следует, что повышение чувствительности ЫФ является на сегодняшний день важнейшей задачей.

Достижение этой цели может осуществляться двумя путями:

Первый путь - это эмпирические поиски способов изготовления МФ более высокой чувствительности путем изменения температурных режимов активировки фотокатода, последовательности введения щелочных металлов и т.д. В последние годы за рубежом были достигнуты значительные успехи в улучшении эмиссионных параметров МФ и интегральная чувствительность 700 мкА/лм стала реальностью. Из анализа зарубежных литературных данных по этому фотокатоду можно сделать вывод, что столь высокая чувствительность МФ была достигнута за счет принципиально нового метода изготовления МФ. Сообщений о разработке такой методики изготовления МФ в отечественной практике к началу работы по нашим данным нет. Поэтому первой важнейшей задачей настоящей работы являлась разработка методики изготовления МФ высокой чувствительности.

Второй путь - это исследование физических свойств этого фотоэмиттера, механизма его фотоэмиссии и определение на основе этих результатов путей дальнейшего повышения чувствительности этого фотокатода. Несмотря на широкое использование МФ, модель фотоэмиссии этого фотокатода к началу настоящей работы не была ясна. Данные по ширине запрещенной зоны не однозначны, и, поэ-

тому, нельзя с определенностью решить вопрос об электронном сродстве МФ. Большинство авторов полагает, что МФ - фотокатод с толожительным электронным сродством. В то не время, имеются две , работы, в которых считается, что сродство МФ близко нулю. Выбор 1ути совершенствования этого фотокатода зависит от решения зопроса об электронном сродстве МФ. В случае наличия отрицательного электронного сродства, увеличения чувствительности следует ожидать при использовании кристаллографически более совершенных слоев фотокатода. Если сродство положительно, то 1уть совершенствования этого фотокатода должен заключаться треимущественно в поиске способов снижения работы выхода. Отсюда следует вторая важнейшая задача настоящей работы - определение основных параметров МФ: ширины запрещенной зоны, электронного сродства, транспортных свойств, вероятности выгода фотоэлектронов в вакуум и, на этой основе, выбор дальнейшее путей повышения чувствительности МФ.

Целью настоящей работы явилось исследование механизма фотоэлектронной эмиссии из МФ и поиск путей повышения его 1увствительности.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ширина запрещенной зоны МФ составляет 1,3 - 1,4 эВ. Многощелочной фотокатод является фотокатодом с отрицательным электронным сродством, величина которого для усовер-¡¡енствованного МФ, разработанного в данной работе,может достигать значения |Еа| ^ 0,14 эВ.- При этом, величина вероятности зыхода составляет Р = 0,3, а диффузионная длина электронов

: ^ юоо А.

2. Высокая чувствительность разработанного в настоящей заботе усовершенствованного многощелочного фотокатода определяется, в первую очередь, меньшим значением работы выхода ю сравнению с традиционным многощелочным фотокатодом, т.е. 5олыней абсолютной величиной эффективного электронного сродства.

3. Спектры фотолюминесценции1 фотокатода состоят из даух пиков: пика, соответствующего межзонным переходам и шнноволнового пика, соответствующего переходам с участи-¡м глубоких уровней в запрещенной зоне. Для усовершенство-занного многощелочного фотокатода величина длинноволнового

кика меньше, чем в случае традиционного МФ, что свидетельствует о более высоком кристаллическом совершенстве нового фотокатода.

4. Спектры фотоэлектронов многощелочного фотокатода в области энергий фотонов hv = 1,3 - 3,1 эВ состоят из двух групп электронов, соответствующих эмиссии электронов, тер-ыализованных в Г и X - минимумах зоны проводимости.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определены основные параметры МФ, такие как ширина запрещенной зоны , вероятность выхода электронов в вакуум, длина диффузии электронов.

2. На основе анализа экспериментальных результатов в работе сделан вывод, что многощелочной фотокатод является фотокатодом с отрицательным электронным сродством.

3. Впервые проведены исследования фотолюминесценции многощелочных фотокатодов.

Практическая ценность работа.

1.Разработана методика изготовления МФ, позволяющая получить более высокую по сравнению с традиционной чувствительность фотокатодов, особенно в длинноволновой области спектра X = 600 -i- 900 нм. Так, на длине волны А= 850 нм, разработанные МФ имеют чувствительность S= 30*40 мА/Вт, в то время как для традиционных МФ характерна чувствительность S =10*15 мА/Вт на той же длине волны.

2.Измеренные кривые распределения фотоэлектронов по энергиям представляют собой практический интерес при расчетах аберраций электроннооптических систем фотоэлектронных приборов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Республиканской конференции молодых ученых по актуальным вопросам прикладной физики (Ташкент, 1985г.), на Х1 Всесоюзной научно-технической конференции по фотоэлектронным приборам (Ленинград, 1990.), на ХХ1 Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 134 страницы, в том чис-

ле 45 рисунков и 3 страницы с таблицами. Список цитируемой литературы составляет 76 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные задачи работы и кратко изложены полученные результаты.

В первой главе излагается современное представление о МФ, сформированное на основе анализа литературных данных по этому фотокатоду, начиная с первой публикации Соммера в 1955 году и кончая последними работами Долизи 80-х годов. Обоснована постановка задач диссертационной работы.

В последнее время за рубежом появились сообщения об использовании способа изготовления МФ, принципиально отличающегося от традиционной технологии. В новом способе изготовления реализуется принцип одновременного испарения сурьмы и щелочных металлов. Такие фотокатоды имеют, как правило, более высокую чувствительность, чем традиционные МФ. Сообщений об использовании таких фотокатодов в отечественной промышленности, по нашим данным, нет. Поэтому одной из важнейших задач настоящей работы явилась разработка технологии изготовления МФ с улучшенными эмиссионными характеристиками.

Несмотря на многочисленные исследования, физическая модель и механизм фотоэмиссии МФ к началу настоящей работы не были ясны. Исследования различных авторов относительно зонной схемы полупроводника противоречивы. Большая часть исследователей полагает, что МФ представляет собой полупроводник с шириной запрещенной зоны, равной 1эВ и положительным электронным сродством 0,3+0,5 эВ. В то же время, имеются две работы, в которых ширина запрещенной зоны определяется в пределах 1,3+1,5эВ. В последнем случае Е^ близка по величине фотоэлектронной работе выхода МФ. Отсюда делается вывод, что МФ является фотокатодом с нулевым или отрицательным электронным сродством.

Отсутствие однозначных данных относительно физической модели МФ служит тормозом в реализации потенциальных возможностей этого фотоэмиттера, поскольку от решения этого вопроса зависит выбор пути совершенствования фотоэлектронных параметров МФ. В

случае отрицательного электронного сродства технологические поиски должны быть направлены на создание более совершенной кристаллической структуры Ш», если же электронное сродство Щ положительно, необходимо искать пути дальнейшего снижения рабо ты выхода.

Из анализа литературы ясно, что среди исследователей Ш нет также единого мнения относительно состава поверхности фотокатода. Решение этой задачи безусловно важно для выяснения путей снижения работы выхода МФ. Однако, если МФ имеет отрицательное электронное сродство, то снижение его работа выхода может не привести к резкому увеличению фоточувствительносги. Поэтому, по нашему мнению, исследование энергетической схемы и модели фотоэмяссии из МФ представляется в настоящее время важнейшей задачей, на решение которой была направлена настоящая диссертационная работа.

Вторая глава посвящена методикам исследования МФ и конструкции использованных при проведении исследованний экспериментальных приборов.

Отработка-технологического^процесса изготовления МФ проводилась в экспериментальных стеклянных колбах с плоскопараллельными торцевыми стеклами, на одном из которых изготавливался фотокатод. Такие колбы использовались также при исследовании оптических и эмиссионных свойств фотокатодов.

Для исследования распределения фотоэлектронов по энергиям изготавливались стеклянные анализаторы энергий электронов двух типов, в которых реализуется поле сферического и плоского конденсаторов. Указанные анализаторы позволяли проводить измерения распределения фотоэлектронов как по полным энергиям так и по энергиям, соответствующим нормальным составлявшим скоростей.

В настоящей главе описаны: методика измерения спектральных зависимостей отражения и чувствительности фотокатодов в процессе формирования фотосдоя на откачном посту, методика измерения оптических и эмиссионных свойств И после снятия прибора с откачного поста, методика измерения рапределения фотоэлектронов по энергиям с использованием метода задерживающего поля сферического и плоского конденсаторов. Распределение фотоэлектронов по энергиям было получено путем временного ди£фе-

ренцкрования ВАХ анализаторов, которое осуществлялось посредством схеш измерения на основе операционных усилителей, зриведанной в диссертации. Проанализированы возможные ошибки измерения и способы их уменьшения. Описана также методика измерения спектров фотолюминесценции фотокатодов. Для возбукде-ния электронов в зону проводимости использовался Не-Ые лазер с длиной волны излучения X = 0,63 мкм. Сканирование спектров осуществлялось автоматически с помощью вычислительного комплекса на основе мини-ЭВМ ДЗ-28 в диапазоне длин волн А. = 740-1100 нм с иагом 2 нм при двух температурах: 77К и 295К. Результат измерений выводился нг печать в графическом и цифровом виде.

В третьей главе описана разработанная нами методика изготовления МФ с улучшенными эмиссионными параметрами.

Основная концепция разработанной наш методики изготовления МФ состоит в том, что сначала на подложке фотокатода формируется базовый слой, состоящий из антимонвда щелочного металла, выращенного путем пиления сурьма в парах этого металла. Далее, на этой основе выращивался двухщелочной фотокатод На2К5Ь оптимальной толщины путем многократного повторения циклов, описываемых схемой:

а) выделение натрия до падения чувствительности;

б) выделение калия с одновременным годпылением сурьш до достижения максимального значения чувствительности.

На (избыток) + К + БЬ ^00°С> Г^КЗЬ

Выращенный слой ГТа^КБЬ обрабатывался далее в парах цезия для получения МФ.

При разработке усовершенствованной методики изготовления МФ нужно было решить 3 основные задачи:

Во-первых - выбрать оптимальный базовый слой для последующего роста фотослоя.

Во-вторых - разработать методику контроля толщины фотокатода в

процессе его изготовления на вакуумном посту. В-третьих - разработать методику активировки МФ цезием с целью уменьшения работы выхода МФ. При разработке новой методики изготовления МФ в качестве базового слоя были опробованы антимонида разных щелочных

металлов: K^Sb, Ha3Sb, Cs3Sb. В результате было установлено, что наиболее оптимальным базовым слоем для роста фотокатода является антимонид калия K^Sb. Использование Cs^Sb приводит к более низким чувствительностям. В случае использования Na^Sb в качестве базового слоя возможно получение высокочувствительных МФ, однако воспроизводимость таких фотокатодов значительно меньше.

При выборе оптимальной толщины МФ необходимо иметь ввиду, что МФ представляет собой тонкую пленку, в которой происходит интерференция света. При освещении фотокатода со стороны подложки в результате наложения падавдей и отраженной от границы фотокатод-вакуум волн в пленке образуется стоячая волна, пучность которой находится вблизи границы фотокатод-вакуум. При некотором значении толщины пленки оптическое отражение от фотокатода для данной длины волны снижается до минимума. В этом случае в фотокатод проходит максимальная лучистая энергия и фототок будет повышенным. Поэтому для оптимизации толщины МФ мы измеряли оптическое отражение (R) от слоя в диапазоне длин волн Я = 500 + 1000 нм в процессе активировки фотокатода с целью контроля положения минимума на спектральной зависимости R = f( Л, ).Процесс наращивания толщины фотокатода мы прекращали, когда положение минимума находилось в области, где необходимо увеличить чувствительность. Было определено, что для увеличения чувствительности в длинноволновой области спектра (Л. > ТООнм) следует выращивать фотокатода толщиной 140Q к или 2800 А.

После получения объема МФ (т.е. изготовления NagKSb фотокатода) требуемой толщины, образец подвергался активировке цезием для снижения работы выхода и повышения чувствительности путем многократного выделения цезия в объем экспериментальной колбы. Процесс активировки фотокатода заканчивался попеременным выделением цезия и напылением сурьмы до достижения максимального значения чувствительности.

Таким образом, в результате проведенной работы была разработана новая, принципиально отличающаяся от традиционной, методика изготовления, которая позволила получить более высокую чувствительность, особенно в красной области спектра. Так, на длине волны X = 850 нм спектральная чувтвительность традици-

нного МФ составляет обычно 10+15 мА/Вт, в то время как ис-ользование разработанной нами методики изготовления МФ поз-оляет получить спектральную чувствительность 30+40 мА/Вт на ой же длине волны.

Четвертая глава посвящена исследованию оптических и эмис-ионных свойств МФ с целью определения основных параметров тих фотокатодов: ширины запрещенной зоны, электронного сродс-. ва, работы выхода, длины диффузии и вероятности выхода элект-онов.

В настоящее время основной задачей физики МФ является вы-снение вопроса - является ли МФ фотокатодом с положительным ли отрицательным электронным сродством, поскольку от его рвения зависит выбор пути технологических поисков совершенство-ания этого фотокатода.

Для определения величины электронного сродства Еа мы ис-эльзовали следующее выражение:

Еа = <р + (Ер - Е^ ) - Ее , (1)

це ф - работа выхода фотокатода;

Е - ширина запрещенной зоны;

(Ер-ЕуТ- положение уровня Ферми относительно потолка валентной зоны в объеме полупроводника.

Ширина запрещенной зоны МФ в настоящей работе определя-зсь по краю оптического поглощения пленок.Исследование спект-эльных характеристик поглощения фотокагодов, изготовленных ззными способами показало, что в случае традиционного фотока-)да отсутствует четкий порог поглощения, а'кривая оптического )глощения тянется далеко в длинноволновую область, по крайней ¡ре до 1200 да. Это обстоятельство, по нашему мнению, явилось шчиной значительного разброса величин Е , полученных разными ¡торами (от Е^=1эВ до Её=1,48эВ). В результате в соответствии формулой (1) не было и однозначного мнения относительно вели-шы электронного сродства МФ. Разработанная нами усовершенст->ванная методика изготовления МФ позволила нам получить пленки, ююшие более четкий порог поглощения, чем в случае МФ, изго-вленных традиционным способом. Для этих пленок по спектраль-м зависимостям отражения и пропускания методом двух интен-:вностей нами были рассчитаны оптические константы: казатель преломления п и показатель поглощения к, что поево-

лило определить спектральную зависимость коэффициента оптического поглощения а (1в>) (а= 4%к/Х )- Поскольку известно, что МФ представляет собой полупроводник с разрешенными прямыми оптическими переходами, то для него вблизи края поглощения должно выполняться соотношение а ~ 4 1а>- Е . Построив полученную нами спекральную зависимость а(Ьг>) в координатах а2 = Г(1п>), мы получили прямую линию и по точке пересечения ее с осью абсцисс определили величину Е . Для разных образцов она составила 1,33+1,4 эБ.

Работу выхода фотокатодов мы определяли методом контактной разности потенциалов в процессе измерения распределения фотоэлектронов по энергиям. Для разных образцов усовершенствованного Щ> она составила <р = 1,12-И, 15 эВ.

Положение уровня Ферми определялось нал® до снижения работы выхода фотокатода активировкой цезием, т.е. на стадии изготовления Ма^КБЬ фотокатода. В этом случае сродство положительно, и положение уровня Ферми определяется разностью между красной границей фотоэффекта 1т>0 и термоэлектронной работой ф выхода. Мы получили, что величина (Ер - Еу) = 0,1 -5-0,15 эВ.

Используя формулу (1), мы получили, что фотокатоды, изготовленные разработанным методом имеют отрицательное электрон-Еое сродство, величина которого может достиать Еа= -0,14 эВ.

Поскольку химический состав объема как традиционного, так и усовершенствованного МФ соответствует стехиометрической формуле На^ЕЗЬ то есть основание полагать, что ширина запрещенной зоны традиционного Ш> также лежит в области 1,3*1,4 зВ, а длинноволновый хвост на спектральной зависимости поглощения связан с рассеянием света в пленке фотокатода и поглощением дефектами кристаллической структуры. Наличие рассеяния света в пленке традиционного МФ затрудняет корректные измерения оптического отражения и пропускания МФ, необходимые для расчета коэффициента оптического поглощения. Поэтому использованный метод определения для традиционных фотокатодов неприемлем. Однако,поскольку величина Е^ этих МФ также находится в области 1,ЗИ,4 эВ и в этой же области находится красная граница фотоэффекта фотокатодов, то традиционные МФ также следует отнести I фотокатодам с нулевым ш отрицательным электронным сродством.

В этом случае справедливо соотношение УШг/) ~ а(Ьу). Поэтому для традиционного Ш мы определяли ширину запрещенной зоны, аппроксимируя спектральную зависимость квантового выхода выражением У2~()гр- Е ). Величины ф и (Ер- Еу) для традиционного МФ были получены тем же способом, что и для усовершенствованных МФ. Сравнение указанных величин двух типов фогокатодов показало, что для усовершенствованного МФ работа выхода меньше в среднем на 0,12*0,13 эВ, соответственно имеет место разница в величине отрицательного электронного сродства. В случае усовершенствованного МФ абсолютная величина электронного сродства больше на ~ 0,1эВ по сравнению с традиционным МФ. Мы полагаем, что разность в величинах Еа является одной из основных причин большей чувствительности усовершенствованных Г® в длинноволновой области спектра по сравнению с традиционными МФ.

Поскольку мы установили, что I,® - ОЭС фотокатод, то его фоточувствительность определяется диффузионной длиной неосновных носителей Ь и вероятностью выхода электронов в вакуум Р. Поэтому представляло интерес определить эти парамеры для МФ. Для этого был использован метод, разработанный ранее для полупрозрачного СаЛв с ОЭС. В этом методе производится расчет спектральных зависимостей квантового выхода по известным значениям оптических констант и толщине МФ. Из сравнения формы спектральной зависимости и величины расчетных и экспериментальных значений квантового быхада определяют величины ЬиР. № получили, что исследованный образец МФ имеет диффузионную длину Ъ = 1100 А и вероятность выхода Р = 0,34.

На основании определения основных параметров в работе

предложена модель МФ как фогокатода с отрицательным сродством

я проведен сравнительный анализ указанных параметров для МФ и

ЗаАэ фотокатодов. Показано,что величины Е_, Е„, ср и Р для этих

б «

Еютокатодов близки, в то же время диффузионная длина электро-зов в СаАБ составляет несколько микрон, т.е. в десятки раз превышает диффузионную длину в МФ, которая равна 1=0,11 мкм. Это объясняется тем, что СаАз фотокатод представляет собой мо-юкристаллическую эпитаксиальную пленку, выращенную на монок-зисталлической подложке, а МФ - поликристаллический слой, на-шсенный на стеклянную подложу. Из сказанного следует, что >сновной путь повышения чувствительности МФ состоит в разрз-

ботке методов роста кристаллографически более совершенных слое с большими диффузионными длинами. По-видимому, с этой целью мо но использовать современные методы молекулярной эпитаксии.

Пятая глава посвящена исследованию фотолюминесценции многощелочных фотокатодов, изготовленных разными способами, при двух температурах: Т=77К и Т=295К. При комнатной температуре спектры традиционного и усовершенствованного МФ идентичны и представляют собой пики полушириной "0,1 эВ в области энергий .близких величинам ширины запрещенной зоны исследованию образцов, и интерпретировались нами как преимущественно межзонные оптические переходы.

При охлаадении до 77К спектры фотолюминесценции двух типов МФ становятся различными. Для усовершенствованных № спектр остается узким, а его интенсивность возрастает. Максимум излучения смещается в коротковолновую область в соответствии с увеличением Её> т.о. характер переходов остается преимущественно межзонным. В спектре фотолюминесценции традиционного МФ при температуре жидкого азота имеются два пика. Наряд: со слабым излучением, соответствующим мекзонным оптическим ш реходам, в спектре имеет место сильная фотолюминесценция в б< лее длинноволновой области. Полуширина длинноволнового пика с< ставляет ~0,3 эВ, максимум фотолюминесценции сдвинут в длинн< волновую область спектра относительно Е^на 0,2 эВ.Длинноволновая фотолюминесценция в случае традиционного МФ, по нашем; мнению, возникает за счет переходов с участием нескольких глу боких уровней в запрещенной зоне, В случае усовершенствованно го МФ при Т=77К также имеет место длинновлновая фотолюминес ценция при длинах волн до ЮООнм, возникающая по-видимому з счет того ке эффекта, однако, интенсивность ее значительн меньше, чем интенсивность пиков фотолюминесценции в той же об ласти спектра для традиционного МФ. Это свидетельствует о том что усовершенствованные МФ имеют меньшую концентрацию глубоки центров, т.е. имеют более совершенную кристаллическую структу ру, чем МФ, изготовленные по традиционной технологии. Это обе тоятельство, также как и меньшая величина работы выхода, при водит к более высокой чувствительности усовершенствованног фотокатода.

В шестой главе показано распределение фотоэлектронов п

энергиям (РФЭ) для многощелочного фотокатода. Измерения производились при освещении фотокатодов как со стороны вакуума так и со стороны подложки монохроматическим светом в диапазоне энергий фотонов }п>=1,3+3,5 эв. Было показано, что в спектрах фотоэлектронов МФ присутствуют три группы электронов:

1. - Это фотоэлектроны, термализованнне в Г-минимуме зоны проводимости (Г-электроны). Эта груша электронов со средней энергией "0,1эБ является основной в ближней ИК области спектра.

2. - Это электроны, термализованнне. в Х-минимуме зоны проводимости и выходящие в вакуум через этот минимум (Х-элект-роны). Эти электроны преобладают в видимой области спектра и имеют среднюю энергию 0,4+0,5эВ.

3. - При Ьт = 3,5 эВ в спектре появляются медленные электроны, вызванные процессом ударной ионизации в объеме фотокатода. Тождественность спектров РФЭ МФ, изготовленных двумя разными способами, позволяет сделать вывод, что в рассматриваемом диапазоне энергий зонный электронный спектр этих фотокатодов идентичен.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Разработана новая технология изготовления многощелочного фотокатода, которая позволила получить фотокатоды более высокой чувствительности, особенно в красной области спектра. Способ изготовления защищен авторским свидетельством и внедрен в серийное производство изделий.

2. Показано, что вблизи границы поглощения спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения определяется формулой а ~ <] (Ы> - Е^), что соответствует прямым оптическим переходам между валентной зоной и зоной проводимости. Анализ спектральной характеристики оптического поглощения позволил оптическим методом определить ширину запрещенной зоны МФ, которая для разных образцов фотокатодов составляет 1,33 + 1,4 эВ.

3. Методом контактной разности потенциалов определена работа выхода усовершенствованных МФ, а также положение уровня Ферми в объеме этих фотоэмиттеров. Показано, что работа выхода ф = 1,12+1,15 эВ, а положение уровня Ферми относительно потолка валентной зоны 0,1 + 0,15 эВ.

Знание таких важнейших параметров МФ как работа выхода, положение уровня Ферми, ширина запрещенной зоны позволили определить величину эффективного электронного сродства. Показано, что эффективное электронное сродство МФ отрицательно и может достигать величины -0,14 эВ, т.е. МФ является фотоэмиттером с отрицательным электронным сродством.

4.Проведен сравнительный анализ традиционного и усовершенствованного МФ. Показано, что два типа этих фотокатодов имеют одинаковую ширину запрещенной зоны и одинаковое положение уровня Ферми.Однако работа выхода традиционного фотокатода (р = 1,22 * 1,25 эВ, т.е. в среднем на 0,1 зВ больше, чем в случае усовершенствованного МФ. В результате, для традиционного МФ отрицательное электронное сродство меньше по абсолютной величине, чем электронное сродство разработанного МФ на ~ 0,1 эВ, что является основной причиной более низкой чувствительности в случае традиционного МФ.

5.Впервые исследована фотолюминесценция многощелочных фотокатодов. При низкой температуре на спектрах фотолюминесценции традиционного МФ имеет место сильная фотолюминесценция с участием глубоких уровней в запрещенной зоне. Эти уровни возникают за счет дефектов кристаллической структуры, нарушении стехиометрии МФ. В случае усовершенствованного МФ длинноволновая фотолюминесценция значительно слабее, следовательно разработанный наш фотокатод имеет более совершенную кристаллическую структуру и меньшую концентрацию дефектов, чем традиционный фотокатод. Сделан вывод, что второй причиной меньшей чувствительности традиционного МФ является большая концентрация дефектов в нем по сравнению с усовершенствованным фотокатодом.

6 Определены величины диффузионной длины и вероятности выхода фотоэлектронов в вакуум для многощелочного фотокатода. Показано, что для усовершенствованного МФ эти величины составляют: Ь = 1100 А и Р = 0,34. Сравнение основных параметров МФ и СаАв фотокатода показало, что величины ширины запрещенной зоны, работы выхода, электронного сродства и вероятности выхода для этих фотокатодов близки. В то же время .диффузионная длина в СаАв составляет несколько микрон что в несколько десятков раз превышает диффузионную длину в М<

йализ величин основных параметров этих фотоэмиттеров позволяет делать вывод, что дальнейший путь совершенствования МФ заклю-:ается в поисках возможностей улучшения кристаллографической ¡труктуры МФ для получения больших диффузионных длин. Возмож-го, с этой целью можно использовать современные методы моле-:улярной эпитаксш.

7.Измерены энергетические спектры фотоэлектронов МФ, из-'отовленных разными способами. Показано, что прч малых зна-ениях энергий фотонов в спектрах присутствуют преимущест-¡енно электроны, выходящие в вакуум через Г-минимум зоны роводимости. При hv > 2 эВ в спектре преобладают электро-ы, выходящие в вакуум преимущественно через Х-минимум зоны роводимости. Кривые распределения фотоэлектронов по энер-иям для фотокатодов, изготовленных разными способами, дентичны, что свидетельствует об одинаковом строении зоны роводимости этих фотоэмиттеров.

Основные результаты настоящей диссертации опубликованы в ледующих работах:

1. Шефова И.А. Исследование распределения фотоэлектро-ов по энергиям из многощелочного фотокатода Na2KSbCsO // ктуалькые вопросы прикладной физики: Тез.докл. Республи-анской конф. молодых ученых 10-15 мая 1985 г.- Ташкент, 985.- С.156.

2. Бегучев В.П., Шефова И.А., Шульгина М.Н. Исследова-ие фотоэлектронов по энергиям из многощелочного фотокатода / ЖТФ.- 1988.-Т.58.- N8.-С.1595 -1597.

3. Бегучев В.П., Игнатова Н.К., Мусатов А.Л'., Соловь-ва Е.К., Шефова И.А., Шульгина М.Н. Оптическое поглощение диффузионная длина электронов в многощелочном фотокатоде * Новые принципы формирования телевизионного изображения: зз.докл. XI Всесоюзной научно-технической конф. по фотоэ-зктронным приборам. Ленинград, 1990г.- С.18.

4.Бегучев В.П., Гордиенко D.H., Овчинников И.М., Шефо-5 И.А., Шульгина М.Н. Исследование фотолюминесценции мно-зщелочного фотокатода // Новые принципы формирования теле-13ионного изображения: Тез.докл. XI Всесоюзной научно-тех-иеской конф. по фотоэлектронным приборам. Ленинград, 1990 , - С.19.

5.Бегучев В.П., Игнатова Н.К., Мусатов А.Л., Соловьева Е.К., Шефова И.А., Шульгина М.Н. Оптическое поглощение и диффузионная длина электронов в многощелочном фотокатоде // Радиотехника и электроника - 1990.- Т.35.- N10,- С.2155 -2161.

6.Бегучев В.П., Гордненко D.H., Овчинников И.М. Шефова И.А., Шульгина М.Н. Исследование фотолюминесценции многощелочного фотокатода// Радиотехника и электроника - 1991.- Т. 36.- N7.- С.1405 - 1408.

7. Бегучев В.П., Игнатова Н.К., Мусатов А.Л., Соловьева Е.К., Шефова H.A.. Шульгина М.Н. Оптическое поглощение и диффузионная длина электронов в многощелочном фотокатоде // Тез. докл. XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Ленинград, 1990,- Т.2,- С.62.

8.Бегучев В.П., Гордиенко D.H., Овчинников И.М., Шефова И.А., Шульгина М.Н. Исследование фотолюминесценции многощелочного фотокатода // Тез.докл. XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Ленинград, 1990.-Т.2.- С.68.

Подписано в печать 05.11.1991 г. Формат 60x84/16. 0,93 усл.п Тираж 100 экз. Ротапринт ИРЭ АН СССР. Зак.277.