Способ изготовления фотоэлектронного умножителя с фотокатодом на основе монокр исталлического gaas

 

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектронных-умножителей (ФЭУ) с фотокатодом (ФК)на основе монокристаллического GaAs. Целью изобретения является увеличение импульсного анодного тока ФЭУ при сохранении стабильности чувствительности ФК и коэффициента усиления ФЭУ. После термического обезгаживания прибора при комнатной температуре на стенки колбы напыляют калий, повышают температуру до 230o С и выдерживают умножительную систему (УС) в парах калия до падения темнового тока между любой парой динодов на 1 - 1,5 порядка, затем аналогично проводит обработку УС в парах цезия при 200oС, затем многократную одностадийную активировку ФК цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности и электронное обезгаживание УС путем засветки ФК импульсами света при анодном токе в 1,5 - 2 раза больше рабочего, после чего проводят однократную одностадийную активировку ФК.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) с фотокатодами на основе материалов с отрицательным электронным сродством (ОЭС), в частности, на основе монокристаллического GaAs. Целью изобретения является увеличение импульсного анодного тока ФЭУ при сохранении стабильности чувствительности фотокатода и коэффициента усиления ФЭУ. П р и м е р. Прибор откачивают до получения вакуума 5-107 тор, обезгаживают при ступенчатом подъеме температуры 100-350oС и вакууме не хуже (1-3)10-6 тор в течение 20 ч и при температуре 380-410 oС в течение 10-12 ч при вакууме не хуже (2-3)10-7 тор. Обезгаживают источники калия, цезия и кислорода в течение 2-3 ч при токе накала 1,5-2,5 А для диспенсорных источников цезия и калия и 1-1,4 А для источника кислорода. Затем проводят активировку умножительной системы. Сначала на стенку колбы ФЭУ при комнатной температуре напыляют калий, повышают температуру прибора до 230oС и обрабатывают умножительную систему в парах калия. Одновременно контролируют темновой ток между любой парой динодов. При его падении на 1-1,5 порядка обработка умножительной системы в парах калия заканчивается. Затем при комнатной температуре на стенку колбы напыляют цезий, повышают температуру до 200oС и обрабатывают умножительную систему в парах цезия до падения темпового тока на 1-1,5 порядка. Такая величина темнового тока способствует получению максимальной чувствительности фотокатода при минимальных токах утечки и отсутствию электрического пробоя при подаче на электроды ФЭУ высоких напряжений питания. Затем ФЭУ охлаждают до комнатной температуры. При достижении вакуума не хуже 210-9 тор осуществляют одностадийную активировку фотокатода следующим образом. Монокристалл GaAs прогревают лучевым нагревом при температуре 580-600oС в течение 5 мин, охлаждают до комнатной температуры, поочередно (напыляют цезий и осаждают кислород. Активировку проводят многократно 4-7 раз до получения максимальной чувствительности фотокатода. После этого осуществляют электронное обезгаживание ФЭУ в импульсном режиме. Для этого на анод ФЭУ подают рабочее напряжение 1,8 кв. на делитель питания динодов напряжение 5 кВ. Фотокатод освещают импульсным источником света длительностью световой вспышки 0,5 мкс до анодного тока 1,7 А. Длительность импульса света в рабочем режиме ФЭУ составляет 20 нc. При этом умножительная система бомбардируется электронами и обезгаживается. Во время электронной бомбардировки фиксируется изменение давления в приборе, а на экране с осциллографа регистрируется импульс выходного анодного тока ФЭУ, амплитуда которого достигает 1,5-2 А. Электронная бомбардировка заканчивается, когда число импульсов превышает рабочий ресурс ФЭУ примерно в два раза, а давление в приборе возвращается к первоначальному. После электронного обезгаживания осуществляют однократную одностудийную активировку GaAs фотокатода, и герметизируют ФЭУ методом "холодного отпая". Изготовленные предложенным способом ФЭУ с фотокатодами на основе монокристаллического GaAs имеют стабильную спектральную чувствительность фотокатода на длине волны 850 нм, равную 40 мА/Вт при импульсных анодных токах до 1 А и коэффициент усиления порядка 5105- 6 106 при 10 каскадной умножительной системе. Одностадийная активировка фотокатода в отличие от двухстадийной, применяемой по известному способу, заключается в очистке кристалла GaAs при температуре 600 20oС 5 мин, охлаждении до комнатной температуры и и активировке фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности фотокатода. GaAs фотокатоды, сформированные таким способом, менее подвержены отравлению при больших токах фотокатода, чем сформированные при двухстадийной активировке, у которых в процессе их формирования изменяется стехиометрия слоя Cs О, следствием чего является быстрое уменьшение фотоэмиссии таких катодов. Токи СаАэ фотокатодов порядка 1 10-6 А не вызывают деградацию фотокатодов, сформированных при одностадийной активировке, но разрушают фотокатоды, сформированные при двухстадийной активировке. Кроме того, для обеспечения стабильности чувствительности GaAs фотокатодов при больших импульсных анодных токах необходимо создать в объеме ФЭУ определенное парциальное давление паров щелочного металла, которое не должно меняться при работе ФЭУ. Если требуемое парциальное давление в приборе создавать только за счет паров цезия, то при прохождении импульсов анодного тока молекулы цезия с последних динодов и анода мигрируют в прикатодную область, повышая там парциальное давление, что ухудшает стабильность чувствительности фотокатода. По предлагаемому способу необходимое парциальное давление создается парами цезия и калия. Так как калий является менее летучим щелочным металлом, чем цезий, то при прохождении больших импульсных анодных токов его молекулы не мигрируют в прикатодную область, а следовательно не увеличивают в ней парциальное давление, что способствует формированию CaAs фотокатодов со стабильной чувствительностью. Экспериментально было получено, что лучший результат наблюдается в ФЭУ, умножительная система которых обрабатывается в парах калия при температуре 230 10oС. а в парах цезия при температуре 200 10oС. При повышении температуры калия при обработке умножительной системы более 240oС наблюдается уменьшение коэффициента усиления ФЭУ. а при температуре менее 220oС в объеме прибора могут остаться излишки щелочного металла, которые при подаче на электроды ФЭУ высокого напряжения будут вызывать электрический пробой. Аналогичные явления наблюдаются в ФЭУ, умножительная система которых обрабатывалась в парах цезия при температурах соответственно больше 210oС и меньше 190oС. Обработка умножительной системы ФЭУ в парах калия и цезия способствует увеличению коэффициента усиления ФЭУ, что было подтверждено экспериментально. Необходимое парциальное давление паров калия и цезия контролируют по величине темнового тока между любой парой динодов. После достижения в приборе требуемого парциального давления и необходимого коэффициента усиления умножительную систему подвергают электронной бомбардировке, режим проведения которой превышает рабочий режим ФЭУ. При электронной бомбардировке из умножительной системы удаляются кислородсодержащие газы, 02, СО, COz, которые наиболее сильно отравляют фотокатод на основе GaAs в процессе работы ФЭУ. По предложенному способу в отличие от известного электронное обезгаживание осуществляют в импульсном режиме при токе, превышающем рабочий ток ФЭУ, что способствует дальнейшей работе ФЭУ при больших импульсных анодных токах. Величина тока, при котором проводят электронное обезгаживание, выбрана экспериментально и превышает рабочий ток ФЭУ в 1,5-2 раза. При меньших токах не происходит глубинное обезгаживание умножительной системы, необходимое для обеспечения длительной стабильной работы ФЭУ. При больших токах происходит сильный нагрев последних динодов, что может привести к разрушению полупроводникового покрытия динодов и. как следствие уменьшению вторичной эмиссии последних каскадов.

Формула изобретения

Способ изготовления фотоэлектронного умножителя с фотокатодом на основе монокристаллического GaAs, включающий термическое обезгаживание фотоэлектронного умножителя, многократную активировку фотокатода цезием и кислородом, электронное обезгаживание умножительной системы, отличающийся тем, что, с целью увеличения импульсного анодного тока при сохранении стабильности чувствительности фотокатода, после термического обезгаживания фотоэлектронного умножителя умножительную систему обрабатывают в парах калия при температуре 230 10° С до падения темнового тока между любой парой динодов на 1-1,5 порядка, охлаждают до комнатной температуры, обрабатывают умножительную систему в парах цезия при температуре 200 10° С до падения темнового тока между любой парой динодов на 1-1,5 порядка, охлаждают до комнатной температуры, после чего проводят многократную одностадийную активировку фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности, осуществляют электронное обезгаживание умножительной системы в импульсном режиме путем засветки фотокатода импульсами света при анодном токе, превышающем рабочий ток ФЭУ в 1,5-2 раза, после чего проводят однократную одностадийную активировку фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических устройств, в частности к фотоумножителям (Ф) астрофотометров, и может быть использовано при исследовании физических и химических процессов , сопровождаемых оптическим излучением для регистрации пороговых световых потоков

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП)

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в электронно-оптических преобразователях (ЭОП)

Изобретение относится к области измерительной техники

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике и может применяться в радиационной медицине, оптике и в других различных технических приложениях

Изобретение относится к вакуумной электронике и может быть использовано в клистронах, мощных СВЧ лампах и устройствах защиты от мощных СВЧ импульсов

Изобретение относится к области твердотельных умножителей частоты электромагнитного излучения, работающих в гигагерцовом-терагерцовом диапазонах частот

Изобретение относится к ядерной физике и физике высоких энергий, в частности к фотоэлектронным умножителям (ФЭУ)

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при проектировании координатно-чувствительных фотоэлектронных умножителей
Наверх