Fotokatoda

Fotokatoda  - záporně nabitá elektroda ( katoda ) v zařízeních citlivých na světlo pracujících pomocí vnějšího fotoelektrického jevu (zejména ve fotonásobičích , fotočláncích , elektronově-optických konvertorech a dalších vakuových fotoelektronických zařízeních). Fotokatody jsou vyrobeny z elektricky vodivých fotosenzitivních sloučenin. Když kvantum světla ( fotonu ) dopadne na fotokatodu , absorbovaná energie způsobí emisi elektronů v důsledku vnějšího fotoelektrického jevu .

Nátěry

Přestože i jednoduchá kovová katoda bude vykazovat fotoelektrické vlastnosti, její kvantový výtěžek nepřesahuje 0,001 fotoelektronu na dopadající foton. Speciální povlaky výrazně zesilují fotoelektrický efekt. Fotokatoda se obvykle skládá z polovodičových materiálů (zejména sloučenin alkalických kovů s antimonem a/nebo jiných nekovů) s velmi nízkou pracovní funkcí . Existují fotokatody s negativní pracovní funkcí.

Povlak uvolňuje elektrony mnohem snadněji než kov substrátu, což umožňuje detekovat i nízkoenergetické infračervené fotony. Optický systém přenáší záření ze studovaného objektu na fotokatodu, která obvykle pokrývá část skleněné baňky vakuového fotovoltaického zařízení nebo je umístěna na kovové podložce uvnitř objemu. Fotony narážejí na kov a přenášejí energii na elektrony, které se snášejí na otevřený povrch fotokatody a vystupují do vakua. Uvolněné elektrony jsou pak shromažďovány pomocí elektronové optiky k první dynodě (v PMT ), k anodě (ve fotočláncích) atd.

Fotokatodové materiály

1. Ag-O-Cs ( stříbro - kyslík - cesium ), také nazývané S-1. Byl to první vícesložkový materiál pro fotokatody; byl navržen v roce 1929. Spektrální citlivost od 300 nm do 1200 nm . Protože Ag-O-Cs má vyšší temný proud než současné materiály, fotonásobiče s tímto materiálem fotokatody se v současnosti používají pouze v chlazené infračervené oblasti.
2. Sb-Cs ( antimon - cesium , na bázi antimonidu cesného Cs 3 Sb) má spektrální citlivost od ultrafialového k viditelnému světlu (maximum v modrozelené oblasti, 420 nm); Používá se především ve fotokatodách pracujících v reflexním režimu.
3. Bi-alkalické ( antimon - rubidium - cesium Sb-Rb-Cs, antimon - draslík - cesium Sb-K-Cs). Spektrální rozsah je podobný jako u Sb-Cs fotokatody (modrá a zelená oblast), ale citlivost je vyšší a temný proud nižší. Jejich citlivost se dobře hodí pro emisní spektra nejběžnějších scintilačních materiálů, proto se tyto fotokatody často používají k měření ionizujícího záření pomocí scintilačních detektorů. Sb-K-Cs fotokatoda je citlivější, ale má dvojnásobný temný proud ve srovnání s Sb-Rb-Cs.
4. Vysokoteplotní bialkalické nebo nízkohlučné bialkalické ( sodík - draslík - antimon , Na-K-Sb). Tento materiál fotokatody se často používá při těžbě dřeva , protože může pracovat při teplotách až 175 °C. Při pokojové teplotě tato fotokatoda pracuje s velmi nízkým temným proudem, takže je ideální pro aplikace počítání fotonů.
5. Multialkalické (sodík - draslík - antimon - cesium , Na-K-Sb-Cs), také nazývané S-20. Vícealkalická fotokatoda má široký rozsah spektrální citlivosti od ultrafialové po blízkou infračervenou . Často se používá pro širokopásmové spektrofotometry a aplikace počítání fotonů. Oblast citlivosti na dlouhé vlnové délce může být rozšířena až na 930 nm speciálním aktivačním ošetřením fotokatody. Fotokatoda se skládá z bi-alkalického Na-K-Sb filmu potaženého povrchovou vrstvou Cs-Sb nebo Cs dipólu, která snižuje funkci elektronové práce na nulu nebo níže.
6. GaAs ( arsenid galia ). Citlivost této fotokatody pokrývá ještě širší spektrální rozsah než multialkalická, od ultrafialového až po 930 nm .
7. InGaAs ( arsenid indium gallia ). Vyznačuje se zlepšenou citlivostí v infračerveném rozsahu ve srovnání s GaAs. Navíc v rozsahu od 900 do 1000 nm má InGaAs mnohem lepší poměr signálu k šumu než Ag-O-C. Při výrobě speciální technologií může tato fotokatoda pracovat až do 1700 nm .
8. Cs-Te, Cs-I ( telurid česný , jodid česný ). Tyto materiály jsou citlivé na vakuum a blízké ultrafialové záření , ale ne na viditelné světlo. Proto se jim říká sluneční clona . Cs-Te je necitlivý na vlnové délky nad 320 nm , zatímco Cs-I je přes 200 nm . Existují také solárně slepé fotokatody vyrobené z K-Br ( bromid draselný ) a Rb-Te ( telurid rubidia )

Hlavní charakteristiky fotokatod

• Kvantový výtěžek  emise fotoelektronů je počet fotoelektronů na absorbovaný foton.
• Integrovaná energetická citlivost - poměr fotoproudu k výkonu dopadajícího záření, měřeno v ampérech na watt.
• Integrální fotometrická citlivost - poměr fotoproudu k dopadajícímu světelnému toku ze standardního světelného zdroje (žárovka s wolframovým vláknem zahřátým na teplotu 2850 K ), měřený v ampérech na lumen .
• Hustota temného proudu. Měřeno v ampérech na cm2, záleží na teplotě.
• Proudový odpor je maximální hustota fotoproudu, která nevede k degradaci fotokatody.
• Rozsah provozních teplot

Literatura

• A. G. Berkovský, V. A. Gavanin, I. N. Zaidel. Vakuová fotoelektronická zařízení. - M . : Rozhlas a komunikace, 1988. - 272 s. - ISBN 5-256-00133-7 .

• Sommer, A. Fotoemisní materiály. - M .: Energie, 1973. - 177 s.

Odkazy

• Základy a aplikace fotonásobičů od Hamamatsu Photonics K.K.
• Fotonásobiče (PMT).