DE644326C

DE644326C - Photoelectric device with the external photoelectric effect of metal

Info

Publication number: DE644326C
Application number: DE1930644326D
Authority: DE
Inventors: Jan Hendrik De Boer; Willem Christiaan Van Geel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1930-05-10
Filing date: 1930-05-27
Publication date: 1937-04-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Vorrichtung, d.h. eine Vorrichtung, mit denen Hilfe bestimmte elektrische Erscheinungen durch. Bestrahlung von Stoffen, die den äußeren lichtelektrischen Effekt aufweisen, beeinflußt werden können.The invention relates to a photoelectric device, i.e. a device with the help of certain electrical phenomena. Irradiation of substances, which have the external photoelectric effect can be influenced.

Eine ein Metall mit äußerem lichtelektrischem Effekt aufweisende Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält eine aus einem Alkali- oder Erdalkalimetall bestehende, der Belichtung auszusetzende und strahlendurchlässige Elektrode, die .durch eine in der Hauptsache aus einem oder mehreren isolierenden Stoffen bestehende, weniger als 1 mm dicke Schicht von einer anderen ,aus elektrisch leitendem Stoff bestehende Elektrode derart getrennt ist, daß durch die Belichtung der Alkali- oder Erdalkalielektrode von dieser ausgehende und durch die Trennschicht zur anderen Elektrode fließende Dauerelektronenströme erzeugt werden. A device having a metal with an external photoelectric effect according to FIG of the invention includes one consisting of an alkali or alkaline earth metal, the exposure to be exposed and radiolucent electrode, the .by one in the main Layer consisting of one or more insulating materials and less than 1 mm thick so separated from another, made of electrically conductive material electrode is that by the exposure of the alkali or alkaline earth electrode of this outgoing and Continuous electron currents flowing through the separating layer to the other electrode are generated.

Bei Bestrahlung der photoelektrischen Elektrode zeigt sich, daß beim Anschluß eines z. B. ein Galvanometer !enthaltenden Stromkreises an die Elektroden zwischen diesen Elektroden ein Strom fließt und ein Potentialunterschied erregt wird. Es zeigt sich, daß die Größe des erregten Stromes und der Spannung von der Intensität des Lichts abhängig ist, mit dem die photo elektrische Elektrode bestrahlt wird.When the photoelectric electrode is irradiated, it is found that when connecting a z. B. a galvanometer! Containing circuit to the electrodes between them Electrodes a current flows and a potential difference is excited. It turns out that the The size of the excited current and voltage depends on the intensity of the light with which the photoelectric electrode is irradiated.

Die Trennschicht zwischen den beiden Elektroden kann auf verschiedene Weise gebildet werden. Die Herstellung der Vorrichtung kann in vielen Fällen dadurch vereinfacht werden, daß man für die Trennschicht eine chemische Verbindung des Metalls benutzt, aus dem eine der Elektroden besteht.The separating layer between the two electrodes can be formed in various ways will. The manufacture of the device can thereby be simplified in many cases that a chemical compound of the metal is used for the separating layer, that makes up one of the electrodes.

Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann dadurch gesteigert werden, daß man das Alkali- oder Erdalkalimetall wenigstens teilweise an der Trennschicht adsorbieren läßt. Dabei ist es nicht notwendig, daß die ganze Trennschicht aus einem den photoelektrischen Stoff gut adsorbierenden Stoff besteht. Es ist ebenfalls möglich, diese Schicht lediglich an der mit der photoelektrischen Elektrode in Berührung kommenden Oberfläche aus einem solchen Stoff herzustellen.The sensitivity of the device can be increased by having the Allows alkali or alkaline earth metal to adsorb at least partially on the separating layer. It is not necessary that the entire separating layer consists of one of the photoelectric Substance is composed of a well-adsorbing substance. It is also possible to use this layer only on the surface coming into contact with the photoelectric electrode to produce such a substance.

Es ist vorteilhaft, die photoelektrische Elek-It is advantageous to use the photoelectric elec-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker indicated the following as the inventors:

Jan Hendrik de Boer und Willem Christiaan van Geel in Eindhoven, Niederlande,Jan Hendrik de Boer and Willem Christiaan van Geel in Eindhoven, Netherlands,

trode aus einer monomolekularen Schicht eines Alkali- oder Erdalkalimetalls herzustellen. trode from a monomolecular layer of an alkali or alkaline earth metal.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der photoelektrischenIn the drawing is one Embodiment of the photoelectric

richtung; gemäß der Erfindung veranschlüf^' lihdirection; rated according to the invention ^ ' lih

licht.light.

Die Fig. ι und 2 stellen die Vorrichtung in zwei verschiedenen Ansichten dar. Die dargestellte Vorrichtung weist eine Hülle ι auf, die aus Glas, Quarz oder ahn liebem Stoff besteht und an die ein Fuß 2 angeschmolzen ist. Auf diesem Fuß sind die Elektroden der Röhre angeordnet. Eine dieser Elektroden wird durch ein Zirkoniumplättchen 3 gebildet, das mittels eines Stützdrahts 4 an dem Röhrenfuß befestigt ist. Dieser Stützdraht ist mit einem Stromzuführungsdraht 5 verbunden.Figs. Ι and 2 show the device in two different views. The device shown has a shell ι, which consists of glass, quartz or ahn dear substance and to which a foot 2 is fused. The electrodes of the tube are arranged on this foot. One of these electrodes is formed by a zirconium plate 3 which is attached to the tube base by means of a support wire 4. This support wire is connected to a power supply wire 5.

Auf der Elektrode 3 befindet sich eine dünne, aus isolierendem Stoff bestehende Schicht 6. Diese Schicht kann auf einfache Weise durch Oxydierung der Zirkoniumscheibe 3 hergestellt werden, was vor der Anordnung der Scheibe 3 in der Hülle ι stattfinden kann. Durch diese Oxydierung wird die Scheibe 3 an ihrer Oberfläche mit einer Zirkoniumoxydschicht bedeckt, die bekanntlich elektrisch isolierend ist. Die Dicke dieser Schicht beträgt vorzugsweise ungefähr 1 ja, wenigstens aber bedeutend weniger als 1 mm. Nachdem die Elektrode 3 mit der Schicht 6 in der Hülle angeordnet ist, wird letztere entlüftet, was mit Hilfe einer an das Tellerröhrchen 7 angeschlossenen Vakuumpumpe stattfinden kann. Nach der Entlüftung wird in die Hülle eine Menge Cäsium eingebracht. Der Cäsiumdampf kann z. B. in einem mit dem Röhrchen S verbundenen Raum erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich, das Cäsium in der Hülle 1 selbst zu entwickeln, z. B. mit Hilfe einer Cäsiumverbindung, wie Cäsiumchromat, und eines Reduktionsmittels, wie Zirkonium, das imstande ist, Cäsium aus der Cäsiumverbindung freizumachen.On the electrode 3 is a thin, made of insulating material Layer 6. This layer can be applied in a simple manner by oxidizing the zirconium disc 3 are produced, which take place before the arrangement of the disc 3 in the shell ι can. By this oxidation, the disc 3 is covered on its surface with a zirconium oxide layer, which is known is electrically insulating. The thickness of this layer is preferably about 1 yes, but at least significantly less than 1 mm. After the electrode 3 with the layer 6 is arranged in the shell, the latter is vented, which is done with the help of a tube attached to the plate 7 connected vacuum pump can take place. After venting, a lot of cesium is introduced into the envelope. The cesium vapor can e.g. B. be generated in a connected to the tube S space. It is also possible to use the cesium to develop in the shell 1 itself, e.g. B. with the help of a cesium compound, such as cesium chromate, and a reducing agent such as zirconium capable of extracting cesium from the To free the cesium compound.

Das in die Hülle eingebrachte Cäsium schlägt sich aus der Zirkoniumschicht 6 nieder und bildet die photoelektrische Elektrode 9 der Vorrichtung. Der Strom kann dieser Elektrode mittels des federnden Stromzuführungsdrahts 10, der durch den Fuß nach außen geführt und mit dem Stromzuführungsdraht 11 verbunden ist, zugeführt werden. Die Hülle 1 kann nach der Bildung der photoelektrischen Elektrode evtl. mit einem inerten Gas oder Dampf gefüllt werden.The cesium introduced into the shell is deposited from the zirconium layer 6 and constitutes the photoelectric electrode 9 of the device. The electricity can do this Electrode by means of the resilient power supply wire 10, which is followed by the foot guided outside and connected to the power supply wire 11, are supplied. The shell 1 can after the formation of the photoelectric electrode possibly with an inert Gas or steam.

An die Drähte 5 und 11 kann ein Stromkreis angeschlossen werden. Bei Bestrahlung der gebildeten Cäsiumschicht 9, z. B. mit Hilfe der Lichtcjuella 12, entsteht in diesem Stromkreis ein Strom und zwischen den Elektroden 3 und 9 ein Spannungsunterschied. Durch Zwischenschaltung eines Galvanometers sind . B. bei Bestrahlung mit einem Lichtbündel einer Intensität von annähernd 0,5 Lu-² Ströme von mehreren Mikroampere 'igomesscn worden. Es zeigt sich, daß der er-A circuit can be connected to wires 5 and 11. When the cesium layer 9 formed is irradiated, e.g. B. with the help of the Lichtcjuella 12, a current is generated in this circuit and a voltage difference between the electrodes 3 and 9. By interposing a galvanometer are. B. when irradiated with a light beam with an intensity of approximately 0.5 Lu- ² currents of several microamps' igomesscn. It turns out that the

regte Strom und die Spannung von der Beleuchtungsstärke abhängig sind, so daß die Vorrichtung zum Umsetzen von Lichtschwankungen in elektrische Spannungs- oder Stromschwankungen benutzt werden kann.excited current and voltage are dependent on the illuminance, so that the Device for converting light fluctuations into electrical voltage or current fluctuations can be used.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten photoelektrischen Zellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt ist es bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, genau so wie bei den bekannten Sperrschichtzellen, nicht durchaus erforderlich, eine besondere Spannungsquelle zwischen die Elektroden zu schalten.In contrast to the previously known photoelectric cells with an external photoelectric effect, when using the Device according to the invention, just as with the known barrier cells, not absolutely necessary to have a special voltage source between the electrodes switch.

Verbindet man die Drähte 5 und 11 mit einem Galvanometer und bestrahlt man die photoelektrische Elektrode 9 in der Nähe der Kontaktfeder 10, also in dem mit B bezeichneten Gebiet, so entsteht ein Elektronenstrom von der photoelektrischen Elektrode 9 durch die Zwischenschicht 6 hindurch nach der Elektrode 3 und von dort durch den Stützdraht 4, das Galvanometer und die Kontaktfeder 10 nach der photoelektrischen Elektrode 9 zurück. If the wires 5 and 11 are connected with a galvanometer and the photoelectric electrode 9 is irradiated in the vicinity of the contact spring 10, i.e. in the area labeled B , an electron flow is generated from the photoelectric electrode 9 through the intermediate layer 6 to the electrode 3 and from there through the support wire 4, the galvanometer and the contact spring 10 back to the photoelectric electrode 9.

Der die Elektrode 9 bildende photoelektrische Stoff kann außer aus einem Alkalimetall, wie Cäsium, vorteilhaft auch aus einem Erdalkalimetall bestehen. Gute Ergebnisse können z. B. mit Barium erzielt werden, das auf einer aus Bariumoxyd bestehenden Schicht aufgebracht werden kann. Das Bariumoxyd bildet dann die isolierende Zwischenschicht und wird auf einer die andere Elektrode ioo bildenden Metallplatte aufgebracht. Man kann dabei z. B. wie folgt vorgehen. Auf einem metallenen, z. B. aus Nickel bestehenden Plättchen, das in einer evakuierten Hülle angeordnet ist, wird Barium aus Bariumdampf niedergeschlagen, worauf zur Oxydierung des Bariums Sauerstoff zugelassen wird. Man kann das Bariumoxyd auch unmittelbar auf der Nickelplatte anbringen oder aus Verbindungen, wie Carbonaten, entwickeln. Nach Entfernung des überschüssigen Sauerstoffs wird aufs neue eine Menge Bariumdampf in die Hülle eingebracht oder darin entwickelt, ο daß sich auf dem Bariumoxyd eine die photoelektrische Elektrode bildende Schicht aus metallischem Barium absetzt. Die für die Bildung der Zwischenschicht erforderliche Oxydation des Bariums kann man auch dadurch stattfinden lassen, daß die Elektrode, auf der sich das Barium absetzt, vor dem Niederschlagen des Bariums an ihrer Oberläche oxydiert wird. Wenn diese ElektrodeThe photoelectric forming the electrode 9 In addition to an alkali metal such as cesium, material can advantageously also consist of an alkaline earth metal. Good results can e.g. B. can be achieved with barium on a layer consisting of barium oxide can be applied. The barium oxide then forms the insulating intermediate layer and is applied to a metal plate forming the other electrode. Man can z. B. proceed as follows. On a metal, e.g. B. made of nickel A platelet that is placed in an evacuated envelope becomes barium from barium vapor precipitated, whereupon oxygen is allowed to oxidize the barium. The barium oxide can also be used directly attach to the nickel plate or develop from compounds such as carbonates. To Removing the excess oxygen will put a lot of barium vapor in again the shell introduced or developed in it, ο that a die on the barium oxide Photoelectric electrode-forming layer of metallic barium deposited. The for the Formation of the intermediate layer required oxidation of the barium can also be achieved thereby allow the electrode on which the barium is deposited to take place prior to the deposition of the barium on its surface is oxidized. When this electrode

nach oder während des Niederschlags des Bariums erhitzt wird, so verbindet sich das Barium mit dem Sauerstoff des an der Oberfläche der Elektrode gebildeten Oxyds.
Die Zwischenschicht 6 kann auch auf andere als die vorgenannten Weisen gebildet werden und braucht nicht immer aus einer Verbindung des Metalls, aus dem. eine der Elektroden hergestellt ist, zu bestehen. Man kannis heated after or during the deposition of the barium, the barium combines with the oxygen of the oxide formed on the surface of the electrode.
The intermediate layer 6 can also be formed in other than the aforementioned ways and does not always need to consist of a compound of the metal from which. one of the electrodes is made to exist. One can

ίο die isolierende Zwischenschicht z. B. aus CaI-ciumfLuorid herstellen, das durch Verdampfen auf einem eine der Elektroden bildenden Metallplättchen aufgebracht werden kann. Bringt man diese Calciumfluoridschicht darauf mit Cäsium in Berührung, so wird dieses Cäsium an dem Calciumiruorid in einer dünnen Schicht adsorbieren. Durch Entfernung des überschüssigen Cäsiums aus der Hülle, in der die Elektroden angeordnet sind, kann man diese adsorbierte Cäsiumschicht sogar monomolekular machen, so daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung gesteigert wird.ίο the insulating intermediate layer z. B. from calcium fluoride produce, which can be applied by evaporation to one of the electrodes forming metal plate. If this calcium fluoride layer is brought into contact with cesium, it becomes Adsorb cesium on the calcium fluoride in a thin layer. By distance of the excess cesium from the envelope in which the electrodes are arranged one even make this adsorbed cesium layer monomolecular, so that the sensitivity the device is increased.

Auch wenn die Zwischenschicht aus einem Stoff besteht, der das Alkali- oder Erdalkalimetall nicht oder nur in sehr geringem Maß adsorbiert, kann man den photo elektrischen Stoff dadurch an der Trennschicht adsorbieren lassen, daß man den Stoff, aus dem die Zwischenschicht im wesentlichen hergestellt ist, zunächst mit einer dünnen Schicht eines Stoffes bedeckt, an dem der photoelektrische Stoff gut adsorbiert. Zuweilen ist es auch möglich, diesen gut adsorbierenden Stoff mit einem oder mehreren anderen die Zwischenschicht bildenden Stoffen zu vermischen. In der oben beschriebenen Vorrichtung, in der die Trennschicht aus Zirkoniumoxyd besteht, würde man diese Schicht z. B. mit einer dünnen Cäsiumoxydschicht bedecken können.Even if the intermediate layer consists of a substance that is the alkali or alkaline earth metal not adsorbed or only to a very small extent, the photoelectric substance can thereby be adsorbed on the separating layer let that one is the substance of which the intermediate layer is essentially made is, initially covered with a thin layer of a substance on which the photoelectric Well adsorbed substance. Sometimes it is also possible to use this well-adsorbing substance to mix one or more other substances forming the intermediate layer. In the device described above, in which the separating layer consists of zirconium oxide, one would this layer z. B. can cover with a thin layer of cesium oxide.

Dieses Cäsiumoxyd kann z. B. dadurch gebildet werden, daß man Cäsium auf dem Zirkoniumoxyd niederschlägt und darauf Sauerstoff zuläßt. Nach Entfernung des überschüssigen Sauerstoffs kann sodann eine neue Cäsiummenge in die Hülle eingebracht werden, so daß an dem Cäsiumoxydhäutchen eine die photoelektrische Elektrode bildende Cäsiumschicht adsorbiert wird. Die Empfindlichkeit einer solchen Vorrichtung, d. h. der bei einer bestimmten Beleuchtung erregte Spannungsunterschied, ist sehr groß.This cesium oxide can, for. B. be formed by cesium on the Zirconium oxide precipitates and allows oxygen on it. After removing the excess Oxygen can then be introduced a new amount of cesium into the envelope, so that on the cesium oxide membrane the cesium layer forming the photoelectric electrode is adsorbed. The sensitivity such a device, d. H. which excited at a certain lighting Voltage difference is very large.

Claims

Patent claims:

i. Photoelectric device with the external photoelectric effect exhibiting metal, characterized in that an electrode consisting at least partially of an alkali or alkaline earth metal, to be exposed to the light and transparent to the rays, is replaced by an electrode made of electrically conductive material by one mainly of one or more insulating solid materials is separated by a thickness of less than 1 mm ⁶ S that the exposure of the alkali or alkaline earth electrode from this electrode and flowing through the separating layer to the other electrode generates permanent electron currents.

2. Photoelectric device according to claim i, characterized in that the insulating solid of the separating layer consists of a chemical compound of the metal from which one of the Electrodes is made.

3. Photoelectric device according to claim 1 or 2, characterized in that that the alkali or alkaline earth metal is at least partially adsorbed on the separating layer.

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4. Photoelectric device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the photoelectric electrode consists of a monomolecular layer an alkali or alkaline earth metal.

1 sheet of drawings