Фотоэлектронная эмиссия

Фотоэлектронной эмиссией называется эмиссия электронов с поверхности тел под действием падающего на нее света.

Основные законы фотоэлектронной эмиссии

Закон Столетова:

где Iф - ток фотоэлектронной эмиссии; Ф - световой (или лучистый) поток; k - коэффициент пропорциональности, называемый чувствительностью фотокатода (спектральной в случае монохроматического лучистого потока или интегральной при неразложенном потоке).

Закон Эйнштейна:

Здесь -максимальная кинетическая энергия покидающих катод электронов; v - частота падающего на катод света; j - работа выхода материала катода: - постоянная Планка.

Закон Эйнштейна может быть также записан в виде

где v0 - порог фотоэлектронной эмиссии, т. е. минимальная частота света, при которой возможна эмиссия с данного катода.

Пороговая частота v0 или пороговая длина волны l0 связана с работой выхода катода соотношениями

где , нм.

В табл. 3-5 приведены значения l0 и работы выхода j для некоторых металлов, найденные по порогу фотоэлектронной эмиссии.

Значения l0 и работы выхода j для некоторых металлов

Металл
Pt	232	5,32
Ag	278	4,55
Ni	268	4,61
Mg	345	3,68
Ba	490	2,52
Na	525	2,35
K	550	2,25
Cs	640	1,93

Закон распределения фотоэлектронов по энергиям примерно одинаков для всех металлов (рис. 3-4) и почти не изменяется при изменении частоты света.

Рис. 3-4. Распределение фотоэлектронов по энергиям.

1 - при эмиссии из чистых металлов; 2 - при эмиссии из тонких металлических пленок.

Зависимость спектральной чувствительности фотокатода от частоты (или длины волны) падающего света называют спектральной характеристикой катода.

Спектральная чувствительность измеряется в А/Вт, Кл/Дж, Кл/кал или электронах на квант:

Спектральная чувствительность, измеренная в электрон/квант, называется также квантовым выходом.

Рис. 3-5. Зависимость квантового выхода от энергии фотона для некоторых металлов.

На рис. 3-5 изображены спектральные характеристики некоторых металлов.

Для частот света, близких к порогу v0, и при Т = 0К (или близкой к ней)

где с - некоторая постоянная для данного металла; v - частота света.

Интегральная чувствительность К фотокатода, измеряемая обычно в мкА/лм, характеризует ток фотоэлектронной эмиссии на единицу светового потока неразложенного (белого) света.

Так как спектральный состав такого излучения зависит от типа источника и режима его работы, установлен стандартный источник света - лампа накаливания с вольфрамовой спиралью при Т = 2850 К.

Интегральная чувствительность К связана со спектральной соотношением

где -энергия излучения источника при длине волны , Вт; -нормализованная функция относительной спектральной световой эффективности; - пороговая длина волны фотокатода; нм и - границы видимого спектра.

У большинства металлов порог фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой или коротковолновой части видимого спектра, а квантовый выход вблизи порога не превышает электрон/квант. Поэтому и интегральная чувствительность оказывается ничтожной

Наиболее распространены в фотоэлектронной технике полупроводниковые фотокатоды.

Рис. 3-6. Структура сурьмяно-цезиевого катода.

На рис. 3-6 схематически показана структура сурьмяно-цезиевого катода, а на рис. 3-7 даны спектральные характеристики обычного и очувствленного кислородом сурьмяно-цезиевого катода.

Рис. 3-7. Спектральные характеристики сурьмяно-цезиевого катода: сплошная кривая - обычного, пунктир - очувствленного кислородом.

На рис. 3-8 показана структура серебряно-кислородно-цезиевого катода, а на рис. 3-9 - его спектральная характеристика.

Рис. 3-8. Структура серебряно-кислородно-цезиевого катода.

Рис. 3-9. Спектральная характеристика серебряно-кислород-но-цезиевого катода.

В табл. 3-6 приведены параметры фотокатодов.

Параметры фотокатодов

Тип катода		λмакс, нм	Максимальный квантовый выход, электрон/квант	λ0, нм	К, мкА/лм	Плотность термотока. А/м²	Примечание
Серебряно-кислородно-цезиевый Ад—CS2O—Cs		350—800	0.01 и 0.003—0.005	1200—1500	20—60	10-9—10-7	—
Сурьмяно-цезиевый SbCs3		420—480	0,2—0,3	600—700	60—120	10-12	—
Сурьмяно-цезиевый, очувствленный кислородом Sb—Cs3—О		440—490	0,18—0,2	750	80—180	10-11	—
Сурьмяно-натриевый Na3Sb		270	0,02	370	<1	10-10	Для ультрафиолетового излучения
Сурьмяно-калиевый K3Sb		350	0,07	500	5—9	10-10
Многощелочные катоды	(Na2K) Sb	370	0.25—0,35	620	30—60	10-13	Для ультрафиолетового излучения
	(Na2K) Sb—Cs	440	0,3—0.4	870—900	150—250	10-12
	Sb—Li	370	—	620	25—40	10-12	—
	Bi—Ag O—Cs	420—500	0,1	750—780	30—110	10-10	—
	Mg—Ba	290	0,07	400	—	—	—
	Cs2Fe	280	0,2—0.3	330	—	—	Для ультрафиолетового излучения
	Rb2Fe	260	0,2—0,3	300	—	—

Полупроводниковые катоды обнаруживают утомление (изменение чувствительности в рабочем режиме) и старение (медленное, необратимое уменьшение чувствительности со временем).

Наибольшее утомление характерно для серебряно-кислородно-цезиевого катода (рис. 3-10), меньшее - для многощелочных катодов. Сурьмяно-цезиевый катод (особенно не очувствленный кислородом) утомляется еще слабее.

Дополнительно по теме

• Термоэлектронная эмиссия металлов
• Термоэлектронная эмиссия оксидного катода
• Электростатическая электронная эмиссия
• Фотоэлектронная эмиссия
• Вторичная электронная эмиссия
• Электронная эмиссия
• Прохождение тока в вакууме
• Столкновение электронов
• Движение электронов
• Виды электрического разряда
• Темный разряд
• Тлеющий разряд
• Дуговой разряд
• Газовая плазма
• Коронный, искровой и высокочастотные разряды