Valokatodi

Valokatodi  - negatiivisesti varautunut elektrodi ( katodi ) valoherkissä laitteissa, jotka toimivat ulkoista valosähköistä tehoa käyttäen (erityisesti valomonistimissa , valokennoissa , elektronioptisissa muuntimissa ja muissa tyhjiövaloelektronisissa laitteissa). Valokatodit on valmistettu sähköä johtavista valoherkistä yhdisteistä. Kun valon kvantti ( fotoni ) osuu valokatodiin , absorboitunut energia aiheuttaa elektronien emission ulkoisen valosähköisen vaikutuksen vuoksi .

Pinnoitteet

Vaikka yksinkertaisellakin metallikatodilla on valosähköisiä ominaisuuksia, sen kvanttituotto ei ylitä 0,001 fotoelektronia tulevaa fotonia kohden. Erikoispinnoitteet parantavat merkittävästi valosähköistä vaikutusta. Valokatodi koostuu yleensä puolijohdemateriaaleista (erityisesti alkalimetallien yhdisteistä antimonin ja /tai muiden ei-metallien kanssa), joilla on erittäin alhainen työskentelytoiminto . On valokatodeja, joissa on negatiivinen työtoiminto.

Pinnoite vapauttaa elektroneja paljon helpommin kuin substraattimetalli, mikä mahdollistaa myös matalaenergiaisten infrapunafotonien havaitsemisen. Optinen järjestelmä välittää säteilyä tutkittavasta kohteesta fotokatodille, joka yleensä peittää osan tyhjiövalosähkölaitteen lasikupusta tai sijaitsee tilavuuden sisällä metallisubstraatilla. Fotonit osuvat metalliin ja siirtävät energiaa elektroneihin, jotka ajautuvat fotokatodin avoimelle pinnalle ja poistuvat tyhjiöön. Vapautuneet elektronit kerätään sitten elektronioptiikkaa käyttäen ensimmäiselle dynodille ( PMT :ssä ), anodille (valokennoissa) jne.

Valokatodimateriaalit

1. Ag-O-Cs ( hopea - happi - cesium ), kutsutaan myös S-1:ksi. Se oli ensimmäinen monikomponenttimateriaali valokatodeihin; se on suunniteltu vuonna 1929. Spektriherkkyys 300 nm - 1200 nm . Koska Ag-O-C:llä on suurempi tumma virta kuin nykyisillä materiaaleilla, tällä fotokatodimateriaalilla varustettuja valomonistimia käytetään tällä hetkellä vain jäähdytetyllä infrapuna-alueella.
2. Sb-Cs ( antimoni - cesium , perustuu cesiumantimonidiin Cs3Sb ) on spektriherkkyys ultraviolettisäteilystä näkyvään valoon (maksimi sinivihreällä alueella, 420 nm); Sitä käytetään pääasiassa valokatodeissa, jotka toimivat heijastavassa tilassa.
3. Bi-alkalinen ( antimoni - rubidium - cesium Sb-Rb-Cs, antimoni - kalium - cesium Sb-K-Cs). Spektrialue on samanlainen kuin Sb-Cs-valokatodilla (sininen ja vihreä alue), mutta herkkyys on suurempi ja tumma virta pienempi. Niiden herkkyys sopii hyvin yleisimpien tuikemateriaalien emissiospektreille , joten näitä fotokatodeja käytetään usein ionisoivan säteilyn mittaamiseen tuikeilmaisimilla. Sb-K-Cs-valokatodi on herkempi, mutta siinä on kaksi kertaa suurempi tumma virta kuin Sb-Rb-Cs.
4. Korkean lämpötilan bi-alkalinen tai hiljainen bi-alkalinen ( natrium - kalium - antimoni , Na-K-Sb). Tätä valokatodimateriaalia käytetään usein porausrei'issä , koska se voi toimia jopa 175 °C:n lämpötiloissa. Huoneenlämmössä tämä fotokatodi toimii erittäin alhaisella tummalla virralla, mikä tekee siitä ihanteellisen fotonien laskentaan.
5. Monialkalinen (natrium - kalium - antimoni - cesium , Na-K-Sb-Cs), jota kutsutaan myös S-20:ksi. Monialkalivalokatodilla on laaja spektriherkkyys ultraviolettisäteilystä lähiinfrapunaan . Sitä käytetään usein laajakaistaspektrofotometreissä ja fotonien laskentasovelluksissa. Pitkän aallonpituuden herkkyysalue voidaan laajentaa 930 nm :iin valokatodin erityisellä aktivointikäsittelyllä. Valokatodi koostuu bi-alkalisesta Na-K-Sb-kalvosta, joka on päällystetty Cs-Sb- tai Cs-dipolipintakerroksella, joka vähentää elektronin työfunktion nollaan tai sen alle.
6. GaAs ( galliumarsenidi ). Tämän fotokatodin herkkyys kattaa jopa laajemman spektrialueen kuin monialkalisen, ultraviolettisäteilystä 930 nm :iin .
7. InGaAs ( indiumgalliumarsenidi ). Sille on ominaista parannettu herkkyys infrapuna-alueella GaAs:iin verrattuna. Lisäksi alueella 900 - 1000 nm InGaA:lla on paljon parempi signaali-kohinasuhde kuin Ag-O-C:llä. Erikoistekniikalla valmistettuna tämä fotokatodi voi toimia jopa 1700 nm :iin asti .
8. Cs-Te, Cs-I ( cesiumtelluridi , cesiumjodidi ). Nämä materiaalit ovat herkkiä tyhjiölle ja lähellä ultraviolettisäteilylle , mutta eivät näkyvälle valolle. Siksi niitä kutsutaan aurinkosokeiksi . Cs-Te on epäherkkä yli 320 nm :n aallonpituuksille , kun taas Cs-I on yli 200 nm . On myös aurinkosokea valokatodeja, jotka on valmistettu K-Br:stä ( kaliumbromidista ) ja Rb-Te:stä ( rubidiumtelluridista ) .

Valokatodien pääominaisuudet

• Fotoelektroniemission kvanttisaanto  on fotoelektronien lukumäärä absorboitunutta fotonia kohti.
• Integroitu energiaherkkyys - valovirran suhde tulevan säteilyn tehoon, mitattuna ampeereina wattia kohden.
• Integroitu fotometrinen herkkyys - valovirran suhde tulevaan valovirtaan tavallisesta valonlähteestä (hehkulamppu, jonka volframifilamentti on lämmitetty 2850 K lämpötilaan ), mitattuna ampeereina lumenia kohti .
• Tumma virrantiheys. Mitattuna ampeereina neliöcm:ä kohti, se riippuu lämpötilasta.
• Virran vastus on valovirran suurin tiheys, joka ei johda valokatodin heikkenemiseen.
• Käyttölämpötila

Kirjallisuus

• A. G. Berkovsky, V. A. Gavanin, I. N. Zaidel. Tyhjiövaloelektroniset laitteet. - M . : Radio ja viestintä, 1988. - 272 s. - ISBN 5-256-00133-7 .

• Sommer, A. Valoemissiomateriaalit. - M . : Energia, 1973. - 177 s.

Linkit

• Valomonistinputkien perusteet ja sovellukset Hamamatsu Photonics K.K.
• Valomonistinputket (PMT).