Фотоэлектронный умножитель

 

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ, содержащий фотокатод, усилительную систему и анод, о т л и ч а и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции, усилительная система выполнена в виде трехслойной металлдиэЛектрик-металл или металл-диэлектрик-полупроводник структуры при значении удельного сопротивления диэлектрика 10 -10 Ом.см.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН!

y g Н 01 7 40/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЗТЙЙ (21) 3430182/18-21 (22) 05.03. 82 (46) 30.03. 84. Бюл. 11- 12 (72) Е.A.Êoëåíêî, И.Н.Петров, О.К.Елкин, Б.Н.Смирнов и А.А.Дятченко (53) 621.385.832(088.8) (56) 1. Патент Англии У 1193393, кл . Н 01 D, 1968.

2. Патент Англии Р 1019726, кл. Н 1 D, 1964 (прототип).

„SU, 1083251 A (54) (57) ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УИНОЖИТЕЛЬ, содержащий фотокатод, усилительную систему и анод, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции, усилительная система выполнена в виде трехслойной металлдиэлектрик-металл или металл-диэлектрик-полупроводник структуры при значении удельного сопротивления диэлектрика 101 -10"" Ом.см, l

1 10832

Цзобретение относится к электронной технике, в частности к устройствам, преобразующим электромагнитное излучение в электрический сигнал— фотоумножителям.

Наиболее распространенным устройством для регистрации электромагнитного излучения в широком диапазоне спектра. от 10 !О(гамма-излучение) до 1,2 10 4 см (ближнее инфракрасное излучение) является фото; электронный умножитель (ФЭУ). Основ« ,ными конструктивно-функциональными элементами ФЭУ являются фотокатод, который за счет внешнего фотоэффекта !

5 преобразует падающую на него лучистую энергию в фотоэлектроны; входная электронно-ьптическая система, обеспечивающая сбор фотоэлектронов со всей поверхности фотокатода и

20 фокусировку их на вход умножительной системы, собственно умножительная система, в которой за счет вторичной эмиссии происходит усиление фототока, система сбора выходного тока.

Известен фотоэлектронный умножитель, в котором в качестве умножительного элемента используется активированная цезием пленка из окиси магния. Пленка нанесена на массивную подложку и работает на отражение (1!, ЗО

Указанная конструкция ФЭУ свободна от некоторых недостатков, присущих ФЭУ с динодными системами умножения, однако она обладает существенным недостатком, исключающим ее 35 практическое применение — даже при ускоряющем фотоэлектроны напряжении в десять киловольт усиление фототока на пленке не превышает 10.Наиболее близким по технической 4О сущности к предлагаемому является фотоэлектронный умножитель, содержащий фотокатод, усилительную систему и анод С23.

В данном фотоумножителе в качестве!5 умножительной системы используется микроканальная пластина (МКП). ФЭУ, содержащий MKII, нормально работает при вакууме 10 В -10 9мм рт.ст., так как только при таком вакууме можно избежать разрушения фотокатода в результате бомбардировки его положительными ионами, образующимися из атомов остаточных газов. В то же время известно, что MKII представляет 55 собой объемную структуру, содержащую до 10 каналов диаметром 8-10 мкм.

Это обстоятельство черезвычайно зат51 2 рудняет откачку воздуха из каналов, в результате чего вакуумные приборы с ИКП откачиваются в течение десятков часов. Согласно расчетам полное удаление воздуха из ганалов MKII происходит только после откачки в течение

500 ч. Ускорить процесс обезгаживания МКП путем термической обработки в процессе откачки невозможно, так как при нагреве выше 300 С из-за испарения свинца, образующего в каналах вторично-эмиссионный слой, МКП при.ходит в негодность.

На одной МКП возможно получить усиление фбтотока до 10, Система из двух ИКП может усилить первичный фототок до 10 -10, однако.при этом возникают значительные трудности при взаимном совмещении каналов.

Цель изобретения — упрощение конструкции фотоэлектронного умножителя.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектронном умножителе, содержащем фотокатод, усилительную систему и анод, усилительная система выполнена в виде трехслойной металл-диэлектрик-металл или металл-диэлектрик-полупроводник структуры, при значении удельного сопротивления диэлектрика 10 !5

-10 "! Ом-.см.

Использованные в таком устройстве структуры ИДМ или ИДП обладают эффектом электронно-возбужденной проводимости.

Физическая сущность эффекта электронно-возбужденной проводимости (ЭВП) заключается в том, что при облучении тонкой диэлектрической пленки, образованной на основании из металла либо полупроводника (кремний, германий), электронами, энергия которых достаточна для проникновения сквозь всю толщу пленки, в результате ионизации атомов диэлектрика его сопротивление в месте взаимодействия с электронами изменяется и на противоположной стороне пленки возникает ток на несколько порядков больше тока первичных электронов, После прекращения воздействия первичными электронами свойства пленки полностью восстанавливаются Время восстановления зависит от ряда факторов и может быть очень коротким (до 10 —

-18- 0 с ).

Для осуществления механизма ЭВП к диэлектрической пленке должно быть

251

3 1083 приложено напряжение. Изменяя величину этого напряжения, можно в широких пределах изменять коэффициент усиления тека. Величина напряжения, приложенного к пленке, должна быть согласована с толщиной пленки таким образом, чтобы напряженность поля не превышала электрическую прочность материала пленки.

В качестве слоя, в котором проис- 10 ходит размножение электронов благо-. даря эффекту ЭВП, могут быть использованы диэлектрические материалы, в которых при найряженности поля, необходимой для возникновения ЭВП, 15 плотность тока через диэлектрический слой (пленку) должна быть на 1-2 порядка ниже плотности первичного фототока. В противном случае ток, обусловленный собственной проводи- 20 мостью диэлектрика, при данной напряженности поля будет превышать ток ЭВП.

Использование эффекта ЭВП для создания ФЭУ возможно только при 25 выполнении некоторых количественных граничных условий, обусловленных следующими обстоятельствами: фототок,; практически всех типов существующих

ФЭУ, определяется энергетической . 50 эффективностью используемого фотокатода и .не превышает 10 А. Для регистрации усиленного фототока ток собственной проводимости диэлектрического слоя ЭВП-структуры должен

35 быть на 1-2 порядка ниже, т.е. не превышать 10 -10 "о А. Диэлектрические свойства подавляющего большинст-ва оксидных слоев, полученных в

МДП- или ИчИ-структурах, имеют верх- 40 ний предел удельного сопротивления

10 -10 Ом-см. С другой стороны, П И электрическая прочность практически всех диэлектриков в ИДП- или ИЦИструктурах не превышает 10" В/см.

Из издоженного следует, что при практическом использовании ЭВП в ФЭУ величина напряженности поля на диэлектрическом слое и плотность тока Э протекающего через этот слой, оказываются взаимосвязаны и определяются свойствами материала.

На фиг. 1 схематически изображен

ФЭУ, в котором для умножения фотоэлектронов использован эффект ЭВП

55 на фиг. 2 — экспериментальная зависимость выходного тока от величины управляющего напряжения.

На входное стеклянное окно 1 нанесен полупрозрачный фотокатод 2.

Фотоэлектроны, возникающие в фотокатоде, ускоряются напряжением от источника 3 (Е ) и попадают на ИДП ( либо ИДИ-структурВ, обладающую ЭВП эффектом. Данная структура состоит из диэлектрической пленки 4, образованной на металлической или полупроводниковой подложке 5. Сверху на пленку нанесена тонкая пленка 6 металла, являющаяся электродом для приложения к диэлектрической пленке управляющего усилением напряжения источника 7 (Е ), которое измеряется

У прибором 8. Прибором 9 измеряется входной фототок.

При попадании светового потока на фотокатод 2 в последнем генерируется поток электронов, который источником 3 ускоряется и, проникнув сквозь входной электрод, попадает на ИДПлибо ИДИ-структуру, обладающую эффектом ЭВП. Источник .7 служит для управления величиной усиления структуры.

В качестве примера осуществления регулировки усиления. МДП-структуры на фиг. 2 приведена экспериментальная зависимость выходного тока (1) от величины управляющего напряжения (Е ) снятая на ИДП-структуре со следующими характеристиками: материал подложки (основы) — кремний диэлектрическая пленка — окись кремния ($ 02) тоущина диэлектрической пленки 6000 А верхний электрод — серебро толщиной

1300 А ; ускоряющее напряжение фотоэлектронов 20 кВ, напряжение, приложенное к диэлектрической пленке, 0-200 В, (что соответствует напряженности поля 1,5 10 В/см).

Из приведенной зависимости видно, что изменением напряжения, приложенного к диэлектрической пленке, можно в широких пределах изменять коэффициент усиления тока вплоть до 10 + раз.

Следует отметить, что с уменьшением толщины диэлектрической пленки и пленки, образующей верхний электрод

Ф что вполне возможно, величина ускоряющего фотоэлектроны напряжения может быть значительно снижена.

Предлагаемый ФЭУ, в котором умножение фотоэлектронов происходит с использованием явления электронновозбужденной проводимости, имеет ряд

1083251

200

Фиг.2

Составитель В, Белоконь

Редактор Е. Кривина Техред С.Иигунова Корректор Л. Пилипенко

Тираж 683

Заказ 1763/46

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, РауШская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. очевидных преимуществ перед известныйи

ФЭУ. Кроме значительного упрощения конструкции и не менее значительного упрощения технологии изготовления, ФЭУ и ЭВП позволяет простейшими сред- 5 ствами регулировать величину усиления фототока, что весьма важно для многих областей применения ФЭУ, в частности нри работе со спинтИлляционными кристаллами.

Фотоэлектронный умножитель Фотоэлектронный умножитель Фотоэлектронный умножитель Фотоэлектронный умножитель 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области фотоэлектроники и предназначено для определения положения светового пятна

Изобретение относится к области фотоэлектроники и может найти применение в оптико-электронных приборах, предназначенных для определения направления цели

Изобретение относится к полупрозрачному фотокатоду (1) для фотодетектора, имеющего повышенную степень поглощения при сохраняющейся степени переноса. Согласно изобретению фотокатод (1) содержит пропускающую дифракционную решетку (30) для дифракции фотонов, расположенную в слое подложки (10), на которую нанесен фотоэмиссионный слой (20). Технический результат - увеличение квантового выхода фотокатода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх