Освещенности фотокатода

Знак минус в выражениях (4.3) и (4.4) означает, что интенсивность света в глубине вещества уменьшается. Число электронно-дырочных пар, генерируемых в единице объема за единицу времени фотонами с энергией /iv, пропорционально / и равно $aJ/(hv), где р — коэффициент квантового выхода. Коэффициент квантового выхода показывает, сколько электронно-дырочных пар создает один поглощенный фотон. В области собственного поглощения при условии, что другими механизмами поглощения можно пренебречь, 0 = 1. Согласно (4.4), скорость генерации носителей заряда на расстоянии х от освещенной поверхности полубесконечного образца

Если у освещенной поверхности полупроводника образуются значительные изгибы энергетических зон, то люкс-амперные, спектральные и кинетические характеристики фотопроводимости имеют определенные особенности, которые не могут быть описаны теори-

На освещенной поверхности эпитаксиального слоя диффузионный поток электронов в плоскости х=0, направленный в сторону этой поверхности, определяется скоростью поверхностной рекомбинации s. При этом граничное условие

При возбуждении фотолюминесценции фотоьами с энергией, большей ширины запрещенной зоны, носители заряда генерируются вблизи освещенной поверхности полупроводник*. Поверхностная рекомбинация уменьшает эффективность излучатгльной рекомбинации тем больше, чем ближе к поверхности генерируются носители заряда. При увеличении длины волны возбуждающего света коэффициент поглощения уменьшается, область генерации носите-

Пренебрегая наличием поверхностного слоя, сформулируем граничные условия: в плоскости л:=0 на освещенной поверхности

Фотоны, испускаемые при люминесценции, частично перепоглощаются, и степень их перепоглощения зависит от расстояния х до освещенной поверхности, где происходит испускание этих фотонов. Координата х, в свою очередь, связана с диффузией носителей заряда. Если коэффициент поглощения этих фотонов достаточно велик, т. е. полоса излучения возникает вблизи края поглощения, то перепоглощение будет достаточным, чтобы изменить форму полосы излучения. В обратном случае, т. е. при малом коэффициенте поглощения, перепоглощение будет мало и не приведет к заметным изменениям формы полосы излучения.

заряда заключается в уменьшении поверхностного электростатического потенциала по сравнению с его термодинамически равновесным значением. Как следует из теории, поверхностная фото-ЭДС пропорциональна избыточной концентрации носителей заряда на освещенной поверхности образца при малых ее значениях в случае хорошо выраженных слоев инверсии или обогащения. В других случаях она растет с увеличением избыточной концентрации носителей заряда сублинейно.

Пусть на образец в виде подложки электропроводности п-тапа нанесен эпи-таксиальный слой того же типа электропроводности толщиной о>,; диффузионная длина неосновных носителей заряда в эпитаксиальном слое L ь в подложке L2, толщина подложки О)2>1-г- Образец со стороны эпитаксиальнаго слоя в плоскости *=0 освещается монохроматическим светом из области обственного поглощения. Для освещенной поверхности образца выполняется следующее условие:

Коэффициент С вычислен из условия на освещенной поверхности при д:=0:

Фотомагнитоэлектрический эффект, или эффект Кикоина — Носкова, наблюдается при освещении полупроводникового образца, помещенного в магнитное поле; он состоит в возникновении ЭДС. Если образец имеет форму прямоугольной пластины и магнитное поле параллельно его освещенной поверхности, то в направлении, перпендикулярном направлению светэвого потока и магнитного поля, в образце возникает фотомагнитная ЭДС. Фотомагнитоэлектрический эффект можно рассматривать как эффект Холла, обусловленный диффузией носителей заряда, возбужденных оптическим методом. Возникновение эффекта объясняется следующим образом.

Свет, падающий на образец, генерирует в приповерхностной области электроны и дырки ( 4.17). Вследствие градиента концентрации носители заряда диффундируют в глубину образца по направлению к неосвещенной поверхности вдоль оси х. Магнитное поле, направленное перпендикулярно диффузионным потокам электронов и дырок, воздействует на движущиеся носители заряда, отклоняя их в противоположные стороны по оси у. В результате в направлении оси у в образце возникают электронный и дырочный токи, которые в сумме составляют маг-нитодиффузионный ток, плотность которого уменьшается по мере удаления от освещенной поверхности. Если торцевые контакты образца замкнуты, то в цепи протекает ток короткого замыкания. При разомкнутой внешней цепи электронный и дырочный токи в направлении у протекают в образце до тех лор, пока не произойдет пространственное разделение зарядов и не установится стационарное электрическое поле. В этом случае ток проводимости, обусловленный электрическим полем объемного наряда, скомпенсирует магнитодиффузионный ток, в результате чего между контактами образца возникает разность потенциалов.

ного напряжения, ток / растет вместе с увеличением анодного напряжения. При некоторой освещенности фотокатода все электроны эмиссии достигают анода (ток насыщения), при дальнейшем повышении анодного напряжения ток фотоэлемента практически не изменяется. Ток насыщения зависит лишь от фотоэлектронной эмиссии, а следовательно только от освещенности фотокатода. Это - ценное качество электронного фотоэлемента. Зависимость тока насыщения от светового потока Ф - световая характеристика электронного фотоэлемента - линейна ( 11.10, б), что является следствием закона Столетова.

ного напряжения, ток / растет вместе с увеличением анодного напряжения. При некоторой освещенности фотокатода все электроны эмиссии достигают анода (ток насыщения), при дальнейшем повышении анодного напряжения ток фотоэлемента практически не изменяется. Ток насыщения зависит лишь от фотоэлектронной эмиссии, а следовательно, только от освещенности фотокатода. Это - ценное качество электронного фотоэлемента. Зависимость тока насыщения от светового потока Ф - световая характеристика электронного фотоэлемента - линейна ( 11.10, б), что является следствием закона Столетова.

ного напряжения, ток / растет вместе с увеличением анодного напряжения. При некоторой освещенности фотокатода все электроны эмиссии достигают анода (ток насыщения), при дальнейшем повышении анодного напряжения ток фотоэлемента практически не изменяется. Ток насыщения зависит лишь от фотоэлектронной эмиссии, а следовательно, только от освещенности фотокатода. Это — ценное качество электронного фотоэлемента. Зависимость тока насыщения от светового потока Ф - световая характеристика электронного фотоэлемента - линейна ( 11.10, б), что является следствием закона Столетова.

Выходной ток (коллектора) суперортикона, имеющий величину порядка единиц — десятков микроампер (при освещенности фотокатода десятые доли — единицы люкс), протекая по резистору нагрузки Ru, создает на нем выходное напряжение — видеоимпульсы, которые поступают на каскады усиления передатчика. Суперорти-кон обеспечивает на своем выходе отношение «сигнал/шум» порядка десятков единиц, но тем не менее входной каскад широкополосного усилителя, располагаемый в непосредственной близости (для уменьшения влияния наводок и паразитных емкостей) от выхода трубки, должен иметь малый уровень собственных шумов.

Мишень представляет собой слюдяную пластину, покрытую со стороны, обращенной к фотокатоду, криолитом — материалом, имеющим высокий коэффициент вторичной электронной эмиссии. Обратная металлизированная сторона 5 мишени служит сигнальной пластиной, к которой подключается резистор нагрузки /?„. Фотоэлектроны выбивают с поверхности мишени вторичные электроны. Причем чем больше фотоэлектронов попадает на тот или другой участок мишени, тем больше вторичных электронов покидает его и тем до более высокого положительного потенциала он заряжается. В результате на поверхности мишени образуется потенциальный рельеф, точно соответствующий распределению освещенности фотокатода.

Простой расчет показывает, какая величина освещенности фотокатода может вызвать заметное свечение экрана ЭОПа. Допустим, что все электроны, испускаемые фотокатодом, достигают экрана. Обозначим площадь фотокатода 5ф, площадь экрана Sa, ускоряющее напряжение Ua, чувствительность фотокатода k$, световую отдачу экрана т). Рассчитаем, как зависит яркость свечения экрана В от освещенности фотокатода Е. Ток фотокатода

Выражение (10.4) позволяет оценить минимальную освещенность фотокатода, при которой можно заметить свечение экрана. Хорошо адаптированный глаз может различить на абсолютно черном фоне освещенную площадку, имеющую яркость порядка 10~5 нт. Чувствительность фотокатодов, работающих на просвет, составляет несколько десятков мка/лм; примем ее равной 50 мка/лм; световая отдача люминофора в лучшем случае может составлять 10 св/вт. Тогда при t/a=10 кв яркость в Ю-5 нт на экране (sa=s<$>) получится при освещенности фотокатода

Полученный результат дает минимальное значение освещенности фотокатода. Практический интерес представляет минимальная освещенность объекта, который еще может быть различным при помощи ЭОПа. Освещенность объекта

У этого преобразователя вблизи экрана на боковых стенках колбы имеется кольцо проводящего покрытия с отдельным выводом, являющееся электродом последующего ускорения электронов. Потенциал этого электрода в 2—2,5 раза выше потенциала второго анода. Применение последующего ускорения позволяет получить удовлетворительное по яркости изображение при меньшей освещенности фотокатода, т. е. выигрыш в чувствительности. Следует отметить, что образующаяся вблизи экрана иммерсионная линза из-за наличия аберраций несколько снижает разрешающую способность, особенно у краев экрана.

Однако идеальные условия могут существовать лишь при весьма малых освещенностях. Только первое условие — насыщенность фототока — приближенно выполняется также при сравнительно больших освещенностях вследствие значительной разности потенциалов между фотокатодом и сеткой мишени. В то же время поле между поверхностью мишени и сеткой очень мало и при накоплении на поверхности мишени положительного заряда может изменить знак. Таким образом, говорить о насыщенности тока вторичных электронов с мишени при не очень малых освещенностях не имеет смысла. Точно так же при больших величинах накопленного заряда считывающий пучок может «не успеть» полностью перезарядить элементы мишени. Эти факторы приводят к тому, что с ростом освещенности фотокатода пропорциональность между освещенностью и величиной видеосигнала нарушается, увеличение амплитуды выходного сигнала отстает от роста освещенности — характеристика свет — сигнал становится нелинейной.

Современные видиконы позволяют получать удовлетворительное изображение (отношение сигнал/шум>10) при освещенности фотокатода всего в несколько люкс, т. е. по чувствительности они приближаются к суперортиконам. Характеристика свет — сигнал видикона в значительной степени определяется зависимостью проводимости фотослоя от освещенности. Поскольку для большинства практически используемых фоторезисторов эта зависимость приблизительно описывается соотношением — = kEn, где п < 1, свего-