DE680108C

DE680108C - Photoelektrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE680108C
Application number: DE1930N0140630
Authority: DE
Inventors: Hendrik Johannes Meerka Embden; Dr Marten Cornelis Teves
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1930-12-07
Filing date: 1930-12-07
Publication date: 1939-08-22
Also published as: CH161166A; AT132202B; GB379893A; US2031864A; FR726622A

Description

Photoelektrische Vorrichtung Es ist schon eine photoelektrische Vorrichtung vorgeschlagen worden, die eine wenigstens teilweise aus Alkali- oder Erdalkalimetall bestehende Elektrode enthält, die durch eine aus einem oder mehreren isolierenden festen Stoffen bestehende Schicht von einer anderen aus elektrisch leitendem Stoff bestehenden Elektrode getrennt ist. Bei Bestrahlung der photoelektrischen Elektrode und Verbindung der Elektroden mit einem äußeren Stromkreis werden zwischen den beiden Elektroden ein Strom und ein Spannungsunterschied hervorgerufen, die von der Bestrahlungsintensität abhängig sind. Der Strom fließt durch die Trennschicht, die aus einer chemischen Verbindung des Metalls bestehen kann, aus dem eine der Elektroden hergestellt ist. Die Trennschicht kann aus einem oder mehreren festen halbleitenden. Stoffen bestehen. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, den Kontaktteil der photoelektrischen Elektrode einer solchen Vorrichtung aus einem Teil bestehen zu lassen, der an mehreren Punkten mit dieser Elektrode in Berührung ist und z. B. aus Metallgaze bzw. aus einer sehr dünnen Metallschicht bestehen kann, die auf die -photoelektrische Elektrode aufgebracht wird. Die Erfindung hat den Zweck, der photoelektrischen Elektrode den Strom auf andere Weise zuführen zu können und die Herstellung der Vorrichtung zu vereinfachen.
Die photoelektrische Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält eine photoelektrische Elektrode aus Alkali- oder Erdalkalimetall, die durch eine aus einem oder mehreren isolierenden oder halbleitenden festen Stoffen bestehende Schicht von einer anderen, .elektrisch leitenden Elektrode getrennt ist. Diese Elektroden und die isolierende bzw. Halbleitende Schicht sind dabei aufeinander angeordnet. Ferner enthält die Vorrichtung einen elektronenemittierenden Körper, der derart angeordnet ist, daß die ausgesandten Elektronen die photoelektrische Elektrode erreichen können. Der Kontaktteil der photoelektrischen Elektrode besteht dann sozusagen aus einer Elektronenwolke, die in der Nähe der photoelektrischen Elektrode gebildet wird. Bei Bestrahlung dieser Elektrode wird in der Vorrichtung und dem angeschlossenen Stromkreis ein von der photoelektrischen Elektrode durch die isolierende bzw. halbleitende Schicht hindurchgehender, nach der anderen Elektrode fließender Elektronenstrom erzeugt. Die Elektronen werden der photoelektrischen Elektrode von dem Emissionskörper zugeführt. Der äußere Stromkreis wird zwischen: der nichtphotoelektrischen Elektrode und dem elektronenemittierenden Körper angeschlossen. Es sei bemerkt, daß diesem Körper sowohl ein negatives als auch ein geringes positives Potential bzw. gar keine Spannung gegenüber der photoelektrischen Elektrode aufgedrückt werden kann.
In vielen Fällen empfiehlt es sich; eine Hilfselektrode zwischen dem elektronenemittierenden Körper und der photoelektrischen Elektrode anzuordnen. Dieser Hilfselektrode kann dann ein solches Potential gegenüber dem Emissionskörper aufgedrückt werden, daß die ausgesandten Elektronen beschleunigt werden.
Wenn der E inissionskörper zu gleicher Zeit Lichtstrahlen aussendet, so werden diese Strahlen in vielen Fällen auch auf die photoelektrische Elektrode auftreffen. Diese Beleuchtung hat praktisch eine gleichbleibende 'Intensität, so daß ein gleichbleibender Strom und Potentialunterschied in der Vorrichtung erzeugt wird. Neben diesen gleichbleibenden Größen kann dann durch eine Lichtquelle schwankender Intensität ein schwankender Strom und Spannungsunterschied erzeugt werden.
Wenn man die gleichbleibende Beleuchtung der Elektrode durch den Emissionskörper zu vermeiden wünscht, so kann zwischen dein Emissionskörper und der photoelektrischen Elektrode vorteilhaft ein für Lichtstrahlen undurchlässiger Schirm angeordnet werden. Die Elektronen können dann um den Schirm herumgehen, während die Lichtstrahlen von diesem Schirm aufgefangen werden. Nameiltlieh bei dieser Anordnung kann es sich empfehlen, die obenerwähnte, die Elektronen beschleunigende Hilfselektrode zu verwenden.
Das Beeinflussen des erzeugten Stromes und Potentialunterschieds durch die von dem Emissionskörper ausgesandten Lichtstrahlen kann auch dadurch vermieden werden, daß ein Körper benutzt wird, der Elektronen bei einer Temperatur aussendet, bei der praktisch keine Lichtstrahlen ausgesandt werden: Dieser elektronenemittierende Körper kann vorteilhaft durch eine mit Alkalinietall überzogene Glühkathode gebildet werden. In dieseln Falle kann man nämlich die Oberfläche dieses Emissionskörpers und die photoelektrische Elektrode aus dem gleichen Alkalimetall herstellen, das in einem Arbeitsgang in die Vorrichtung eingebracht werden kann. Der elektrolrenemittierende Körper kann auch durch eine mittelbar bzw. unmittelbar geheizte Erdalkalioxvdkathode gebildet werden, die auch nahezu kein sichtbares Licht aussendet. Wenn man die emittierende Schicht aus einem Erd alkalimetall herstellt, das aus der Dampfphase niedergeschlagen wird; so kann man auch ir diesem Fall die Herstellung der Vorrichtung dadurch vereinfachen, daß die photoelektrische Elektrode aus dem gleichen Erdalkaliinetall angefertigt wird.
Der elektronenemittierende Körper kann auch durch einen einen photoelektrischen Stoff enthaltenden Körper gebildet werden, se daß die Elektronen auf photoelektrischem Wege frei gemacht werden können und Erhitzung des elektronenemittierenden Körpers nicht erforderlich ist.
In vielen Fällen läßt sich der elektronenemittierende Körper auch aus einem radioaktiven Stoff herstellen, der ß-Strahlen . aussendet.
Wenn man zwischen der photoelektrischen Schicht und der Ableitelektrode der Vorrichtung einen fluoreszierenden Stoff anbringt, unter dein hier eine Substanz zu verstehen ist, die Fluoreszenzstrahlen aussendet, wenn sie von Elektronen getroffen wird, so läßt sich die Vorrichtung vorteilhaft für die Verstärkung von lichtelektrischen Wirkungen verwenden.
In der Zeichnung sind- zwei Ausführungsformell der photoelektrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. -i und 2 sind zwei verschiedene Ansichten einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,; Fig.3 und q. zeigen eine andere Ausfüllrungsförm.
Die in den Fig. i und v dargestellte photoelektrische Vorrichtung weisst einen aus Glas, Ouarz oder ähnlichem Stoff bestehenden Kol-1.@en i auf, an den ein Füßchen 2 mit einer Quetschstelle 3 angeschmolzen ist. Diese Ouetschstelle trägt die Elektroden und der. elektroneileinittierenden Körper der Vorrichtung. Eine der -Elektroden bestellt aus einer Zirkoniumplatte 4., die mittels eines Stützdralits 5 auf der Ouetschstelle angeordnet und finit dein Stromztrführungsdralit 6 leitend verbunden ist. Die Zirkoniumplatte q. ist mit einer dünnen Zirkonitnnoxydschicht 7 bedeckt, die durch oberflächliche Oxydierung der Platte q. gebildet werden kann und bekanntlich ein Isolierstoff ist. Auf die Zirkoniumoxy dschicht ; ist eine Schicht 8 aufgebracht, (lie im vorliegenden Fall aus Cäsium -bestellt und eine Elektrode der Vorrichtung bildet.
Auf der Ouetschstelle 3 ist ferner eine Glühkathode 9 angeordnet. Diese Glühkathode, die finit Stromzuführungsdrälltell io und ii verbunden ist, wird durch eine Wolframspirale gebildet,- die an der Oberfläche mit-: Cäsium überzogen ist.
Bei der Herstellung der dargestellten Vorrichtung wird zunächst die oxydierte Zirkoniumplatte und die Wolf ramspirale g in den Kolben eingebracht. Durch Erhitzung des Wolframdrahts g in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre wird dieser Draht an seiner Oberfläche oxydiert. Darauf wird die Vorrichtung z. B. mit Hilfe einer an das Tellerröhrchen r2 angeschlossenen Vakuumpumpe entlüftet und Cäsium in den Kolben i eingebracht. Dieses Cäsium kann z. B. mittels eines Röhrchens 13 in die Vorrichtung eingeführt weiden. Es ist aber auch möglich, das Cäsium im Innern des Kolbens i zu entwickeln, z. B. durch Erhitzung eines Gemisches einer Cäsiumverbindung und eines geeigneten Reduktionsmittels. Das in die Vorrichtung eingeführte Cäsium setzt sich auf der Zirkoniumoxydschicht 7 ab und bildet dort die photoelektrische Elektrode B. Zu gleicher Zeit wird sich ein Teil des Cäsiums auf dem oxydierten Wolframdraht g absetzen und eine stark elektronenemittierende Schicht bilden. Bekanntlich sendet eine solche Kathode bereits bei sehr niedrigen Temperaturen Elektronen aus, während praktisch keine sichtbaren Lichtstrahlen ausgesandt werden. Nach der Einführung des Cäsiums kann das Röhrchen 13 abgeschmolzen werden.
Wenn die photoelektrische Elektrode 8 durch eine Lichtquelle 14 bestrahlt wird und zwischen dein Stromzuführungsdraht 6 und einem der Stromzuführungsdrähte fo und il ein äußerer Stromkreis angeschlossen wird, wird zwischen den Elektroden 4 und 8 ein Stromiibergang und ein Potentialunterschied hervorgerufen. Es ist erforderlich, einen Strom durch die Glühkathode 9 hindurchzuführen, damit Elektronen ausgesandt werden, Der durch die Bestrahlung erzeugte Strom kann durch den Kreis fließen, ohne daß darin eine Spannungsquelle aufgenommen ist. Vorzu;gsweise wird dem Glühkörper 9 ein geringes negatives Potential gegenüber der photoelektrischen Elektrode 8 aufgedrückt. Dieser Glühkathode kann aber auch eine geringe positive Spannung gegeben werden, ohne daß die Stromrichtung in dein Kreis umgekehrt wird. Da der hervorgerufene Strom und Potentialunterschied von der Bestrahlungsintensität abhängig sind, läßt sich die Vorrichtung für die Umsetzung von Lichtschwankungen in elektrische Spannungs- und Stromschwankungen verwenden.
Auch die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung ist mit einer elektrisch leitenden Elektrode 4 und einer photoelektrischen Elektrode 8 versehen, die durch eine Schicht 7 getrennt sind. In der Vorrichtung ist eine Glühkathode 15 angeordnet, die erst bei einer Temperatur Elektronen aussendet, bei der auch Lichtstrahlen ausgesandt werden. Diese Elektrode besteht z. B. aus einem Wolframdraht. Damit die ausgesandten Lichtstrahlen die photoelektrische Elektrode nicht beeinflussen, ist zwischen der Glühkathode 15 und der genannten Elektrode ein für Lichtstrahlen undurchlässiger Schirm i6 angeordnet. Dieser Schirm wird z. B. durch eine Metallplatte gebildet und ist an einem der Poldrähte der Glühkathode 15 befestigt.
Zwischen dem .Schirm 16 und der Elektrode 8 ist eine siebartige Elektrode 17 mit feinen Maschen angeordnet, die an einem Stützdraht 18 befestigt und mit einem Stromzuführungsdraht ig verbunden ist. Diese Elektrode 17 ist um die Ränder des Schirms 16 leicht herumgebogen und kann als Gitter dienen, das die von der Glühkathode 15 ausgesandten Elektronen beschleunigt und nach der photoaktiven Elektrode 8 führt. Dazu ist es erforderlich, daß dieser Elektrode 17 beim Betrieb eine positive Spannung gegenüber der Glühkathode 15 aufgedrückt wird.
Bei Verwendung dieser Vorrichtung muß die Lichtquelle derart angeordnet werden, daß der Schirm 16 die Strahlen dieser Lichtquelle möglichst wenig auffängt. Die Lichtquelle kann z. B. bei -o angeordnet werden, so daß die Strahlen schräg auftreffen.
Die Elektroden der Vorrichtung können auch auf ihrer Wand angeordnet werden. Zu diesem Zweck wird diese Wand z. B.-- zunächst mit einer Metallschicht bedeckt. Auf diese Metallschicht wird die Zwischenschicht aufgebracht, auf der dann die lichtempfindliche Elektrode gebildet wird.
Die Elektroden und die Zwischenschicht 7 können auch aus anderen Stoffen als den obenerwähnten hergestellt werden. Die photoelektrische Elektrode kann z. B. auch aus anderen Alkalimetallen oder aus einem Erd- j alkalimetall, z. B. Barium, bestehen. Wenn letzteres benutzt wird, so kann die Schicht 7 vorteilhaft aus Bariumoxyd bestehen, das auf der z. B. aus Nickel bestehenden Metallplatte. angeordnet ist. Bekanntlich ist Bariumoxyd, ebenso wie Zirkoniumoxyd, ein Isolierst0ff.
Wenn man halbleitende Stoffe zu verwenden wünscht, so kann man die Platte 4 z. B. aus Silber herstellen und an deren Oberfläche durch Einwirkung von Joddampf eine Silberjodidschicht bilden. Die Platte 4 kann auch aus Kupfer bestehen und an der Oberfläche oxydiert werden, so daß eine Schicht Kupferoxyd gebildet wird, das ebenso wie das genannte jodid ein halbleitender Stoff ist.
Es sei bemerkt, daß zwischen den Elektroden 4 und 8 auch andere Stoffe angeordnet werden können. Man kann zwischen diesen Elektroden z. B. einen fluoreszierenden Stoff anbringen, der zu gleicher Zeit die isolierende bzw. halbleitende Schicht bilden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Photoelektrische Vorrichtung mit einer in einem Vakuumgefäß angeordneten photoelektrischen Elektrode aus Alkali- oder Erdalkalimetäll, die von einer anderen elektrisch leitenden Elektrode unmittelbar durch eine aus einem oder mehreren isolierenden oder halbleitenden festen Stoffen bestehende so dünne Schicht getrennt ist, daß bei Belichtung der photoelektrischen Elektrode von dieser ausgehende und durch die Trennschicht zur anderen Elektrode fließende Elektronenströme erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromzuführungsorgan zu der photoelektrischen Elektrode gegenüber der freien Fläche derselben ein elektronenemittierender Körper derart angeordnet ist, daß die emittierten Elektronen durch das Vakuum der Vorrichtung hindurch die photoelektrische Elektrode erreichen. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektronenemittierenden Körper lind der photoelektrischen Elektrode eine Hilfselektrode angeordnet ist. 3. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektronenemittierenden Körper und der photoelektrisehen Elektrode ein für Lichtstrahlen undurchlässiger Schirm angeordnet ist. , Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch einen elektronenemittierenden Körper, der bereits bei einer Temperatur Elektronen emittiert, bei der praktisch kein siehtbares Licht ausgestrahlt wird. 5. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der elektronenemittierende Körper durch eine mit Alkalimetall überzogene Glühkathode gebildet ist. 6. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch d., dadurch gekennzeichnet, daß der elektronenemittierende Körper durch eine Erdalkalioxydkatliode gebildet ist. 7. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3; dadurch gekennzeichnet, daß der elektronenemittierende Körper einen photoelektrischen Stoff enthält, der bei Bestrahlung Elektronen aussendet B. Photoelektrische Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronenemittierende Körper ganz oder teilweise aus einem radioaktiven Stoff besteht, der ß-Strahlen aussendet. 9. Photoelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der photoelektrischen Elektrode und der von ihr durch einen Isolator oder Halbleiter getrennten leitenden Elektrode ein fluoreszierender Stoff angeordnet ist.