4 Методы изготовления фотокатода

Напыление может происходить по контейнерной или бесконтейнерной технологии. Контейнер – это стеклянная вакуумная колба, применяемая для изготовления фотокатода. Внутри него расположен анод, с которого и происходит пыление сурьмы, а также катодный узел (фотокатодное стекло – подложка и кольцо, закрепляющее стекло в колбе). Необходимое давление внутри колбы – 10^-6мм рт. ст, такого вакуума достаточно, чтобы обеспечить стабильность фотокатодов. Если использовать сверхвысокий вакуум, то увеличится длина свободного пробега молекул металлов, в результате на поверхность они будут попадать с большей скоростью и в объеме будет меньше столкновений.[6] При использовании такого метода для сурьмы, цезия и калия используются отдельные источники, а натрий в структуру проникает за счет диффузии. Необходимо отметить, что контейнерная технология в промышленных масштабах на данный момент используется только в России.

Использование бесконтейнерной технологии позволяет получить фотокатоды с более высокой чувствительностью. Например, фирма «Photonis-Dep» получает фотокатоды с высокой чувствительностью именно таким способом. Суть метода в том, что для каждого металла есть отдельный источник.

Однако в последнее время в лабораторных исследованиях фотокатоды стали выращивать внутри контейнеров. В работе [13] использовали такой метод для получения двухщелочного фотокатода большой площади, который использовался в фотодетекторе. Для этого использовался специальный контейнер, схема и реальный внешний вид которого представлены на рисунке. Квантовый выход полученного в лаборатории фотокатода практически совпадает с квантовым выходом фотокатода, использующегося в фотоэлектронном умножителе Hamamatsu 1924A-100.

4.1 Классический метод получения мф

Классический метод был описан в 1955г. Соммером в [6] и являлся соединением Na₂KSb с адсорбированным на нем моноатомным слоем цезия. Процесс выращивания ФК контролируют по падению пропускания света.

1. Сурьма испаряется до падения пропускания света на 70 % от первоначальной величины.

2. Путем обработки полученной пленки в парах K при температуре 160 °С получаем соединение K₃Sb.

3. Это соединение обрабатывается в парах Na при температуре 220°С. В это время в соединении K₃Sb калий постепенно замещается натрием. Данный процесс следовало бы остановить, когда отношение K:Na равняется 1:2, однако это технически невозможно. Поэтому контролирование данного процесса осуществляется по резкому падению чувствительности. Полученному соединению соответствует стехиометрия Na_>2K_<1Sb.

4. Чтобы добиться необходимой стехиометрии, постепенно добавляются порции K и Sb при температуре 160 °С. Процесс ведется до получения максимума чувствительности. Таких подпылений может потребоваться до 50, в зависимости от количества избыточного Na.

5. Для получения тонкого слоя цезия на поверхности Na₂KSb требуется поочередное добавление Cs и Sb при температуре 160 °С. Контролируется данный процесс по максимуму чувствительности.

В технологии, основанной на классической, но реально использующейся на производстве, используются более высокие температуры, сурьма обрабатывается парами щелочных металлов при 230…250 °С, а цезий напыляется при 220…230 °С. Sb наносится на металлическую подложку до толщины 0,35…0,4 мкм. [9]