Наиболее распространены в фотоэлектронной технике полупроводниковые фотокатоды.

На рис. 3-25 даны спектральные характеристики обычного и очувствленного кислородом сурьмяно-цезиевого катода и многощелочного катода (ЫагК) Sb-Cs. На

ВО ВО W 20. О

400 600 то 700 еоо зоо мм

Рис. 3-25. Спектральные характеристики.

I - сурьмяно-цезиевый катод обычный; i - катод, очувст-вленный кислородом; 3 - многощелочной катод.

Рис. 3-26. Спектральная характеристика серебря-но-кислородио-цезиево-го катода.

0,г 0,4-0,5 0,8 1,01,2мт

рис. 3-26 приведена спектральная характеристика серебряно-кислородно-цезиевого катода.

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, меньшее - для сурьмяно-цезиевого катода.

Вторичная электронная эмиссия

Вторичной электронной эмиссией называют процесс выхода электронов из твердых или жидких тел под действием бомбардировки их поверхности первичными электронами. Вторичная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии о:

верхность первичных электронов; Iz и - вторичный и первичный токи.

Значение о зависит от энергии первичных электронов. С ростом энергии первичных электронов eUi оно быстро увеличивается, достигает максимума (о-тах) и далее медленно убывает.

У металлов а-тах не превышает 1,5, поэтому в приборах, где явление вторичной эмиссии используется для усиления тока (фотоэлектронные умножители и др.), применяются полупроводниковые вторично-электронные эмиттеры (диноды), у которых а-тах достигает 10-=-15.

Вторичная эмиссия под действием положительных ионов, метастабильных атомов и излучения разряда

Электронная эмиссия под действием положительных ионов характеризуется коэффициентом Yi-

, 5£ 1е

щ - h

где Пе -число эмиттированных электронов;

Пг - ЧИСЛО приходящих НЭ КЭТОД ИОНОВ; h

и / - электронный ток с катода и ионный ток на катод.

В условиях газового разряда на катод приходят И вызывают эмиссию электронов не только положительные ионы, но также метастабильные атомы, возбужденные атомы с относительно большими временами жизни, фотоны излучения разряда, быстрые нейтральные атомы.

В этом случае используется обобщенный коэффициент Y> учитывающий эмиссию электронов под действием этих трех видов частиц в расчете на один приходящий на катод ион.

В газовой среде не все выбиваемые из катода электроны уходят в разрядное пространство из-за частичного отражения от молекул газа и возвращения на катод. Этот эффект тем сильнее, чем больще давление газа и меньше напряженность электрического поля у поверхности катода (чем меньше отношение Е1р). Вместе с тем при уменьшении Е1р возрастает число метаста-

0,01

0,001

wo В/(м-Па)

где 2-число эмиттированных вторичных электронов; tti- число пришедших на по-

Рис. 3-27. Зависимость обобщенного коэффициента V от Е1р для медного катода в различных газах.

бильных атомов и фотонов, генерируемых в разряде в расчете на один ион, что ведет к увеличению обобщенного коэффициента у. Совместное действие этих двух эффектов дает сложную зависимость у от £/р, показанную на рис. 3-27.

3-6. ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ В ВАКУУМЕ И ГАЗАХ

Электрический ток в вакууме

К электронным (высоковакуумным) приборам относятся приборы, в которых степень разрежения газа столь велика, что средняя длина свободного пробега этактро-иов %е много больще расстояния между электродами.

При 1Ш0СК0М накаленном катоде, эмит-тирующем электроны, и плоском, параллельном катоду аноде связь между плотностью анодного тока /а, анодным напряжением Ub и расстоянием между электродами d описывается законом степени 3/2

/а = 2.33.10-=-.

Уравнение справедливо до тех пор, пока плотность анодного тока /а остается меньше плотности тока термоэмиссин катода/э. При дальнейшем увеличении Ua анодный ток, в первом приближении, остается неизменным (более строго, наблюдается слабый рост тока из-за образования у поверхности катода ускоряющего электрического поля).

При цилиндрическом катоде радиуса Гк, окруженного коаксиальным цилиндрическим анодом радиуса Га, ток в амперах на метр длины анода

/а= 14,65.10- 5-

где Р- поправочный коэффициент, зависящий от отношения Га/гк и близкий к единице при Гй1Гк 10.

Столкновения электронов и ионов с атомами и молекулами газа

Движение молекул, а также заряженных частиц (электронов и ионов) в газовой среде зависит от концентрации газа п (числа молекул в 1 м газа).

Она связана с давлением р. Па, и температурой газа Т, К, соотношением

п = - = 7,24-1022 р/Т. кТ

При количественном учете актов столкновений атомов (молекул) газа обычно пользуются средней длиной свободного пробега молекул Ям

1 к Т Ям -

= я.

12 qn Т

273р

Ямо Ро

где а - газокинеткческое сечение молекулы (атома), м; Ямо-средняя длина свободного пробега молекул при р=1 Па и Т- =273 К (табл. 3-9); ро=р-273/Г -давление газа, приведенное к 273 К.

0,50 B,W D,3D В, 20 D,iD О

so WD 150 200 250 Ш 350В

Рис. 3-28. Зависимость вероятности ионизации соответствующих атомов от энергии электронов.

При движении электронов в газе средняя длина их свободного пробега Яе оказывается согласно кинетической теории газов равной:

~ Ямо Яео

Я, = 42 Ям =412

Однако действительное значение Яе оказывается зависящим также от скорости движения (энергии) электронов. Скорость электрона Ve, м/с, связана с пройденной

Таблица 3-9

Значения Лц,рДля некоторых газов при р=1 Па, T=21S К

разностью потенциалов U , В, соотношением

2eUe

Столкновения электронов с нейтральными , невозбуждениыми атомами могут быть упругими или неупругими I рода (возбуждение и ионизация атома)..

Кинетическая энергия, теряемая электроном и приобретаемая атомом при упругих столкновениях, невелика из-за большой разности масс электрона trie и атома (доля теряемой в среднем энергии порядка 2те1та).

При неупругих столкновениях первого рода часть кинетической энергии электрона передается атому в виде энергии его возбуждения или ионизации.

На рис. 3-28 приведена зависимость вероятности ионизации ьв, некоторых атомов от энергии электрона, выраженной в вольтах. Минимальная энергия, необходимая для ионизации или возбуждения данного атома, характеризуется соответственно потенциалами ионизации О или возбуждения С/в.

Вещество Не Ne Аг Кг Хе

0-, В. . . 15,4 24,47 21,47 15,69 13,94 12,08

Процесс образования нейтрального атома (молекулы) при воссоединении электрона и полонштельного иона называется элек-тронно-нонной рекомбинацией. Электронно-ионная рекомбинация может протекать двояким путем:

1. Рекомбинация в двойном ударе (радиационная)- непосредственное взаимодействие электрона и нона в газовой среде, при котором избыточная энергия выделяется в виде светового кванта. Рекомбинация в двойном ударе имеет место в разряде сравнительно высокого давления при достаточно большом разрядном токе.

В молекулярных газах возможна рекомбинация молекулярного иона с электроном, при которой выделяющаяся энергия идет на диссоциацию молекулы на атомы (диссоциативная рекомбинация). Интенсивность этого процесса велика даже при сравнительно низких давлениях.

2. Рекомбинация в тройном соударении. В этом случае ион сталкивается с электроном в присутствии третьей частицы, которой и передается избыточная энергия. Такой частицей обычно является атом газа, а поэтому интенсивность этого процесса пропорциональна не только концентрациям электронов и ионов, но и концентрации нейтральных атомов газа. Вследствие этого рекомбинация в тройном соударении существенна при весьма высоких давлениях газа.

Частным случаем рекомбинации в тройном соударении является рекомбинация на стенках и электродах. Резко ограниченные возможности перемещения электронов и ионов на этих поверхностях делают вероятность рекомбинации близкой к единице и исчезновение электронов и ионов определяется исключительно условиями их

ухода из разряда на эти поверхности. При низких давлениях газа, когда эти условия облегчены, рекомбинация на стенках является основной.

Разновидностью неупругого удара П рода (наряду с процессами рекомбинации) является взаимодействие возбужденного атома с электроном илп нейтральным атомом, которым передается энергия возбуждения. При этом происходит безызлучатель-ный переход возбужденного атома в нормальное состояние. Вероятность такого процесса велика для метастабильных атомов, имеющих большое время жизни.

Другим результатом столкновения возбужденного (метастабильного) атома с быстрым электроном или световым квантом является переход электрона атома на более высокий уровень возбуждения (ступенчатое возбуждение) или полный отрыв электрона от атома (ступенчатая ионизация).

Эти процессы существенны при достаточных концентрациях возбужденных атомов и электронов, т. е. при достаточно больших (тысячи Паскалей) давлениях и больших токах разряда.

Движение электронов и ионов в газе

В заполненном газом пространстве, в котором действует электрическое поле, движение заряженных частиц направленно-беспорядочное.

Во многих случаях электрического разряда в газе распределение электронов по энергиям (скоростям) подчиняется закону Максвелла

rfn = -

где dn -число электронов в данном объеме с энергиями от W до W+dW; п -полное число электронов в данном объеме; Те - температура электронного газа; k - постоянная Больцмана.

В этих случаях беспорядочное движение электронов характеризуется температурой электронного газа Те.

При этом среднеарифметическая скорость ve, среднеквадратическая скорость Ve и наиболее вероятная скорость Veo беспорядочного движения связаны с Те соотношениями

-Ven =

V Зя

8 Г,=

Средняя энергия электронов