Чувствительность фотокатода

Токовую чувствительность фотодиода, работающего в режиме фотогенератора, измеряют при коротком замыкании по формуле (4.1).

В режиме фотопреобразователя ток практически равен току короткого замыкания, поэтому чувствительность фотодиода по току в обоих режимах принято считать одинаковой. Чувствительность фотодиодов (мА/лм): селеновых — 0,3—0,75, кремниевых — 3, сернисто-серебряных — 10—15, германиевых — до 20.

&ф — интегральная чувствительность фотодиода LD — дебаевская длина ?0 — ширина области объемного заряда М — коэффициент умножения носителей т — тензочувствительность

В широких пределах уровней освещенности фото-ток зависит от светового потока, падающего на светочувствительную часть диода, практически линейно. Коэффициент пропорциональности АГф = д/ф/ с!Ф составляет несколько мА/лм и называется чувствительностью фотодиода. .

где К = /ф/Ф — интегральная чувствительность фотодиода, мА/лм. Отметим также, что фототок диода зависит от длины волны светового излучения.

Фотодиод представляет собой смещенный в обратном направлении р-п-переход, обратный ток насыщения которого определяется количеством носителей заряда, порождаемых в нем действием падающего света ( 9.6). Параметры фотодиода выражают через значения тока, протекающего в его цепи. Чувствительность фотодиода, которую принято называть интегральной, определяют как отношение фототока к вызвавшему его световому потоку Фа. Порог чувствительности фотодиодов оценивают по известным значениям интегральной (токовой) чувствительности и темнового тока /
Токовую чувствительность фотодиода находят по энергетическим характеристикам (см. 8.4, s)

Для кремния ?>р=0,01м2/с; ш=10мкм, т. е. тпр»ЮОнс. Дальнейшее уменьшение w нецелесообразно, так как снижается чувствительность фотодиода, а максимум чувствительности сдвигается в коротковолновую область, что затрудняет согласование фотодиода с излучателем. Повышение быстродействия фотодиода при сохранении высокой чувствительности стало возможным при переходе к более сложным полупроводниковым структурам.

где 5фд — токовая чувствительность фотодиода, образованного эмиттерным переходом транзистора; р — коэффициент передачи тока базы транзистора.

Статическая интегральная токовая чувствительность фотодиода при монохроматическом световом потоке или мощности излучения определяется отношением 5;$=/ф/Ф (мА-лм-1) или 5№=/ф/Р (мА-Вт-1). Фотодиод в схеме на 7. 11, а удобнее характеризовать интегральной

•=&Ui>bu/P=SipRB (В-Вт~'). Дифференциальные токовая и вольтовая чувствительности определяются соотношениями si$—dI$/d
10.4. Фотоэлемент цилиндрической конструкции имеет наружный полупрозрачный фотокатод, работающий на просвет, и центральный анод в виде стержня. Диаметр фотокатода 20 мм, диаметр анода 1 мм. Длина каждого электрода равна 20 мм. Интегральная чувствительность фотокатода 30 мкА/лм. Определить минимальное напряжение, при котором все фотоэлектроны доходят до анода, если световой поток, падающий на всю поверхность фотокатода, равен 5 лм.

где S — световая чувствительность фотокатода, мкА/лм; Ф — световой поток, лм. При изменении светового потока Ф пропорционально изменяется фототек /ф, а выходное напряжение

Световая чувствительность фотокатода S характеризует фототек в микроамперах, вызываемый световым потоком в 1 лм. Для повышения чувствительности фотокатода его изготовляют из материалов, обладающих малой работой выхода электронов при воздействии квантов света на поверхность фотокатода. Обычно в качестве фотокатода используют серебряно-кислородно-цезиевые, сурьмяно-цезиевые и многощелочные материалы.

с электронным в газоразрядном фотоэлементе световая чувствительность фотокатода увеличивается почти в 10 раз.

где /ф — ток фотоэмиссии, мкА; Ф — световой поток, лм; k — интегральная чувствительность фотокатода.

(5фк — интегральная чувствительность фотокатода ФЭУ) и с малой величиной темнового тока. Для уменьшения темнового тока часто применяют охлаждение ФЭУ с помощью криостатов, уменьшению этого тока способствуют подбор напряжения U, использование заземленного металлического экрана. Для уменьшения шумов производится тщательная регулировка напряжения на первых каскадах умножения фототока.

Спектральная характеристика. Следует, однако, заметить, что в зависимости от строения кристаллической решетки, наличия: примесей, чистоты поверхности и других факторов коэффициент поглощения световой энергии различен для разных v. Изменения коэффициента поглощения сказываются, естественно, и на значении фототока. Зависимость фототока /ф от частоты колебаний v при Ф = const называется спектральной характеристикой данного фотокатода. Фотоэлектронная эмиссия, которая характеризуется сильно увеличенной чувствительностью фотокатода в увком интервале длин волн, называется избирательной.

где kg — чувствительность фотокатода.

Частота падающего света, при которой кинетическая энергия равна нулю (hvKp=A), называется пороговой частотой фотоэлектронной эмиссии VKP — длинноволновая граница фотоэффекта. Поскольку различные вещества имеют различную работу выхода, то фотоэлектронная эмиссия для разных фотокатодов возникает при определенной vKp. Чувствительность фотокатода оценивается отношением числа эмитированных электронов к числу падающих фотонов (квантовый выход).

Спектральные характеристики сурьмяно-цезиевых (кривая /) и кислородно-цезиевого (кривая 2) катодов показаны на 13.5. Эти характеристики зависят в основном от электрофизических параметров полупроводниковых ма-терилов, из которых изготовлены фотокатоды. Физические процессы, определяющие ход характеристик, аналогичны процессам, происходящим в полупроводниковых фотоэлектрических приборах (см. гл. 7). Конструктивные особенности также влияют на характеристику Sj, — f(K); в первую очередь к ним можно отнести толщину фотокатода, материал подложки, физические свойства окна (стекла) фотоприемника. Кроме описанных сурьмяно-цезиевых и кисло-родно-цезиевых фотокатодов в фотоэлементах применяют многощелочные фотокатоды, образованные соединениями сурьмы с атомами калия, натрия и цезия Na2KSb(Cs). Максимальная чувствительность фотокатода достигается тогда, когда отношение Na и К приблизительно равно двум, а доля цезия много меньше, чем калия.

Спектральная характеристика. Следует, однако, заметить, что в зависимости от строения кристаллической решетки, наличия: примесей, чистоты поверхности и других факторов коэффициент поглощения световой энергии различен для разных v. Изменения коэффициента поглощения сказываются, естественно, и на значении фототока. Зависимость фототока /ф от частоты колебаний v при Ф = const называется спектральной характеристикой данного фотокатода. Фотоэлектронная эмиссия, которая характеризуется сильно увеличенной чувствительностью фотокатода в увком интервале длин волн, называется избирательной.