Фотокатод

A Фотокатод - это отрицательно заряженный электрод в устройстве обнаружения света, таком как фотоумножитель или фототрубка, покрытая светочувствительным соединением. Когда на него падает квант света (фотон ), поглощенная энергия вызывает эмиссию электронов из-за фотоэлектрического эффекта.

• 1 Использование
• 2 Конструкция
• 3 Покрытия
• 4 Фотокатодные материалы
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

В течение многих лет фотокатод был единственным практическим методом преобразования света в электронный ток. Как таковая, она имеет тенденцию функционировать как разновидность «электрической пленки» и имеет много общих черт фотографии. Поэтому он был ключевым элементом в оптоэлектронных устройствах, таких как телекамеры, такие как ортокон и видикон, а также в электронно-лучевых трубках, таких как усилители, преобразователи и диссекторы.. Для детекторов и счетчиков движения использовались простые фотопробирки.

Фотолубки в течение многих лет использовались в кинопроекторах для чтения звуковых дорожек на краю кинопленки.

Последние разработки твердотельных оптических устройств, таких как фотодиоды. сократило использование фотокатодов до случаев, когда они по-прежнему превосходят полупроводниковые устройства.

Фотокатоды работают в вакууме, поэтому их конструкция аналогична технологии вакуумных ламп. Поскольку большинство катодов чувствительны к воздуху, создание фотокатодов обычно происходит после вакуумирования корпуса. Для работы фотокатода требуется электрическое поле с близлежащим положительным анодом для обеспечения эмиссии электронов.

Фотокатоды делятся на две большие группы; трансмиссионные и отражающие. Тип пропускания обычно представляет собой покрытие на стеклянном окне, в котором свет падает на одну поверхность, а электроны выходят из противоположной поверхности. Отражающий тип обычно формируется на основе непрозрачного металлического электрода, где свет входит, а электроны выходят с одной и той же стороны. Разновидностью является тип двойного отражения, когда металлическое основание является зеркальным, в результате чего свет проходит через фотокатод, не вызывая отражения излучения для второй попытки. Это имитирует сетчатку у многих млекопитающих.

Эффективность фотокатода обычно выражается как квантовая эффективность, то есть отношение испускаемых электронов к падающим квантам (света). Эффективность также зависит от конструкции, поскольку ее можно улучшить с помощью более сильного электрического поля.

Хотя простой металлический катод будет проявлять фотоэлектрические свойства, специальное покрытие значительно увеличивает эффект. Фотокатод обычно состоит из щелочных металлов с очень низкими работой выхода.

. Покрытие выделяет электроны гораздо легче, чем лежащий под ним металл, что позволяет ему обнаруживать фотоны с низкой энергией в инфракрасном излучении. Линза передает излучение от наблюдаемого объекта на слой стекла с покрытием. Фотоны ударяются о поверхность металла и переносят электроны на ее тыльную сторону. Затем освобожденные электроны собираются для получения окончательного изображения.

• Ag-O-Cs, также называемые S-1 . Это был первый составной фотокатодный материал, разработанный в 1929 году. Чувствительность от 300 до 1200 нм. Поскольку Ag-O-Cs имеет более высокий темновой ток, чем более современные материалы, фотоэлектронные умножители с этим материалом фотокатода в настоящее время используются только в инфракрасной области с охлаждением.
• Sb-Cs (сурьма - цезий ) имеет спектральный отклик от УФ до видимого и в основном используется в фотокатодах, работающих на отражение.
• Биалкалий (сурьма - рубидий - цезий Sb-Rb-Cs, сурьма - калий - цезий Sb-K-Cs). Спектральный диапазон отклика аналогичен фотокатоду Sb-Cs, но с более высокой чувствительностью и меньшим темновым током, чем у Sb-Cs. Они обладают чувствительностью, соответствующей наиболее распространенным сцинтилляционным материалам, и поэтому часто используются для измерения ионизирующего излучения в сцинтилляционных счетчиках .
• Высокотемпературный биалкил или малошумящий биалкил (натрий - калий - сурьма, Na-K-Sb). Этот материал часто используется в каротажных исследованиях нефтяных скважин, поскольку он может выдерживать температуры до 175 ° C. При комнатной температуре этот фотокатод работает с очень низким темновым током, что делает его идеальным для использования в приложениях для подсчета фотонов.
• Многощелочные (натрий - калий - сурьма - цезий, Na-K-Sb-Cs), также называемая S-20 . Многощелочной фотокатод имеет широкий спектральный диапазон от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области. Он широко используется в широкополосных спектрофотометрах и счетчиках фотонов. Длинноволновая характеристика может быть увеличена до 930 нм с помощью специальной обработки активации фотокатода. В случае расширенного отклика его иногда называют S-25 .
• GaAs (арсенид галлия (II) ). Этот фотокатодный материал покрывает более широкий спектральный диапазон отклика, чем мультищелочной, от ультрафиолета до 930 нм. Фотокатоды на основе GaAs также используются в ускорителях , где требуются поляризованные электроны. Одним из важных свойств фотокатода GaAs является то, что он может достигать отрицательного сродства к электрону за счет осаждения Cs на поверхности. Однако GaAs очень хрупкий и теряет квантовую эффективность (QE) из-за нескольких механизмов повреждения. Обратная ионная бомбардировка является основной причиной распада квантового эффекта на катоде GaAs.
• InGaAs (арсенид индия-галлия ). Повышенная чувствительность в инфракрасном диапазоне по сравнению с GaAs. Более того, в диапазоне от 900 до 1000 нм InGaAs имеет гораздо лучшее отношение сигнал / шум, чем Ag-O-Cs. Благодаря специальной технологии изготовления этот фотокатод может работать на длине волны до 1700 нм.
• Cs-Te, Cs-I (теллурид цезия - теллурид, йодид цезия ). Эти материалы чувствительны к вакуумному УФ и УФ-лучам, но не к видимому свету, и поэтому их называют солнечными слепыми. Cs-Te нечувствителен к длинам волн более 320 нм, а Cs-I - к длинам волн более 200 нм.

• Фотоэлектронные умножители Основы и приложения из Hamamatsu Photonics