Фотоелектронна емісія

Основи > Електричні процеси у вакуумі та газах

Фотоелектронною емісією називається емісія електронів з поверхні тіл під дією падаючого на неї світла. Основні закони фотоелектронної емісії: 1. Закон Столетова: де I ф - струм фотоелектронної емісії; Ф - світловий (або променистий) потік; k - коефіцієнт пропорційності, званий чутливістю фотокатода (спектральної у разі монохроматичного променистого потоку або інтегральної при нерозкладеному потоці). 2. Закон Ейнштейна:

Тут -максимальна кінетична енергія електронів, що залишають катод; v – частота падаючого на катод світла; j - робота виходу матеріалу катода: - постійна Планка. Закон Ейнштейна може бути записаний у вигляді

де v0 - поріг фотоелектронної емісії, тобто мінімальна частота світла, при якій можлива емісія з даного катода. Порогова частота v0 або порогова довжина хвилі l0 пов'язана з роботою виходу катода співвідношеннями

де , Нм. У табл. 3-5 наведено значення l 0 і роботи виходу j для деяких металів, знайдені на порозі фотоелектронної емісії.

Закон розподілу фотоелектронів за енергіями приблизно однаковий для всіх металів (рис. 3-4) і майже не змінюється при зміні частоти світла. Залежність спектральної чутливості фотокатода від частоти (або довжини хвилі) падаючого світла називають спектральною характеристикою катода. Спектральна чутливість вимірюється в А/Вт, Кл/Дж, Кл/кал або електронах на квант: Спектральна чутливість, виміряна в електрон/квант, називається також квантовим виходом. На рис. 3-5 зображеніспектральні характеристики деяких металів. Для частот світла, близьких до порога v 0 і при Т = 0К (або близької до неї) де с - деяка постійна для даного металу; v - частота світла. Інтегральна чутливість До фотокатода, що вимірюється зазвичай в мкА/лм, характеризує струм фотоелектронної емісії на одиницю світлового потоку нерозкладеного (білого) світла.

Мал. 3-4. Розподіл фотоелектронів з енергій. 1 – при емісії з чистих металів; 2 – при емісії з тонких металевих плівок.

Мал. 3-5. Залежність квантового виходу від енергії фотона деяких металів.

Мал. 3-6. Структура сурьмяно-цезієвого катода.

Так як спектральний склад такого випромінювання залежить від типу джерела та режиму його роботи, встановлено стандартне джерело світла - лампа розжарювання з вольфрамовою спіраллю при Т = 2850 К. Інтегральна чутливість К пов'язана зі спектральним співвідношенням

де -енергія випромінювання джерела при довжині хвилі, Вт; -Нормалізована функція відносної спектральної світлової ефективності; - Порогова довжина хвилі фотокатода; нм і - межі видимого спектра. У більшості металів поріг фотоефекту лежить в ультрафіолетовій або короткохвильовій частині видимого спектра, а квантовий вихід поблизу порога не перевищує електрон/квант. Тому і інтегральна чутливість виявляється нікчемною Найбільш поширені у фотоелектронній техніці напівпровідникові фотокатоди. На рис. 3-6 схематично показана структура сурм'яно-цезієвого катода, а на рис. 3-7 дано спектральні характеристики звичайного та відчутного киснем сурм'яно-цезієвого катода. На рис. 3-8 показана структура срібно-киснево-цезієвого катода, а на рис. 3-9 - його спектральна характеристика.табл. 3-6 наведені параметри фотокатодов. Напівпровідникові катоди виявляють стомлення (зміна чутливості в робочому режимі) і старіння (повільне, незворотне зменшення чутливості з часом). -10), менше - для багатолужних катодів. Сурм'яно-цезієвий катод (особливо не відчутний киснем) стомлюється ще слабше.

Мал. 3-7. Спектральні характеристики сурм'яно-цезієвого катода: суцільна крива – звичайного, пунктир – відчутного киснем.

Мал. 3-8. Структура срібно-киснево-цезієвого катода.