RU185547U1 - PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS - Google Patents
PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU185547U1 RU185547U1 RU2018130799U RU2018130799U RU185547U1 RU 185547 U1 RU185547 U1 RU 185547U1 RU 2018130799 U RU2018130799 U RU 2018130799U RU 2018130799 U RU2018130799 U RU 2018130799U RU 185547 U1 RU185547 U1 RU 185547U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- substrate
- conductive
- photoelectronic
- layer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 4
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 chromium Chemical class 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010008428 Chemical poisoning Diseases 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010036618 Premenstrual syndrome Diseases 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J40/00—Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электровакуумной технике, в частности к элементам конструкции фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих фотокатод для преобразования светового излучения в электрический сигнал.Техническим результатом полезной модели является повышение динамического диапазона фотоэлектронного прибора и увеличение ресурса фотокатода.Технический результат достигается снижением эффективного поверхностного сопротивления фотокатода, работающего в импульсном режиме, за счет использования в конструкции фотокатода тонкой прозрачной защитной диэлектрической пленки, помещенной между проводящим и фотоэмиссионным слоями. Такую структуру можно рассматривать как конденсатор.Применение защитной пленки приводит к тому, что фотокатод формируют по хорошо отработанной технологии, какая бы проводящая подложка ни использовалась, требование химической инертности к материалу подложки при этом снимается. 6 ил.The invention relates to electrovacuum technology, in particular, to the structural elements of photoelectronic devices (PECs) containing a photocathode for converting light radiation into an electrical signal. The technical result of the utility model is to increase the dynamic range of the photoelectronic device and increase the photocathode resource. The technical result is achieved by reducing the effective surface resistance a photocathode operating in a pulsed mode due to the use of a thin a transparent protective dielectric film placed between the conductive and photoemissive layers. Such a structure can be considered as a capacitor. The use of a protective film leads to the fact that the photocathode is formed according to well-developed technology, no matter which conductive substrate is used, the requirement of chemical inertness to the substrate material is thus removed. 6 ill.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к электровакуумной технике, в частности к элементам конструкции фотоэлектронных приборов (ФЭП), содержащих фотокатод для преобразования светового излучения в электрический сигнал.The utility model relates to electrovacuum technology, in particular to structural elements of photoelectronic devices (PECs) containing a photocathode for converting light radiation into an electrical signal.
Уровень техникиState of the art
При регистрации короткого импульсного оптического излучения широкое распространение получили вакуумные фотоэлектронные приборы, основными элементами, конструкции которых являются фотокатод, эмитирующий электроны под воздействием оптического излучения, и электронно-оптическая система (ЭОС), ускоряющая и фокусирующая фотоэлектроны, покидающие фотокатод, на принимающий их элемент ЭОС. Приемным элементом в случае фотоэлемента служит анод, в случае фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) - первый эмиттер умножительной системы с дискретными динодами или входная поверхность микроканальной пластины (МКП), в случае электронно-оптического преобразователя (ЭОП) - люминесцентный экран или МКП, или электронно-чувствительная матрица прибора.When registering short pulsed optical radiation, vacuum photoelectronic devices were widely used, the main elements of which are a photocathode emitting electrons under the influence of optical radiation, and an electron-optical system (EOS) that accelerates and focuses the photoelectrons leaving the photocathode to the EOS element receiving them . The receiving element in the case of a photocell is the anode, in the case of a photomultiplier tube (PMT), the first emitter of a multiplying system with discrete dynodes or the input surface of a microchannel plate (MCP), in the case of an electron-optical converter (EOP), a luminescent screen or MCP, or electron sensitive matrix of the device.
В настоящее время, для исследований быстропротекающих процессов, наряду с ФЭУ, способными регистрировать импульсы длительностью от 10-4 до 10-9 с, находят широкое применение хронографические ЭОП, которые позволяют расширить этот диапазон до 10-13 с. Чтобы создать уровень выходного сигнала, достаточный для уверенной регистрации таких коротких процессов, с фотокатода ЭОП необходимо отбирать фототок плотностью до единиц ампер с квадратного сантиметра поверхности фотокатод. К тому же, с учетом накладываемого на приборы требования увеличения динамического диапазона регистрации до значения ≥ 103, плотность фототока также вырастает на 3 порядка по отношению к минимально необходимой для уверенной регистрации сигнала. При таких режимах работы возникает искажение распределения электрического поля вблизи фотокатода из-за возникновения градиента потенциала на фотокатоде при большом его поверхностном сопротивлении [Ю.В. Бондаренко и др. Электронно-оптические преобразователи в режиме форсированных световых загрузок. - Автометрия, 1971, №6]. Фотоэмиссионный слой большинства фотокатодов имеет поверхностное сопротивление от 105 до 107 Ом/квадрат. Это приводит к значительным искажениям изображения на экране ЭОП с увеличением мощности входного излучения.Currently, for studies of fast processes, along with PMTs, capable of detecting pulses lasting from 10 -4 to 10 -9 s, chronographic image intensifiers are widely used, which allow to expand this range to 10 -13 s. To create an output signal level sufficient for reliable recording of such short processes, it is necessary to select a photocurrent with a density of up to units of amperes from a square centimeter of the photocathode surface from the photocathode of the image intensifier tube. In addition, taking into account the requirements imposed on devices to increase the dynamic range of registration to a value of ≥ 10 3 , the photocurrent density also grows by 3 orders of magnitude relative to the minimum necessary for reliable signal registration. Under such operating conditions, a distortion of the electric field distribution near the photocathode occurs due to the appearance of a potential gradient on the photocathode with a large surface resistance [Yu.V. Bondarenko et al. Electron-optical converters in the regime of forced light loads. - Autometry, 1971, No. 6]. The photoemissive layer of most photocathodes has a surface resistance of 10 5 to 10 7 Ohm / square. This leads to significant distortion of the image on the image intensifier tube with an increase in the input radiation power.
Для устранения вышеперечисленных недостатков разрабатываются прозрачные проводящие подложки под фотокатоды, причем собственное сопротивление проводящей подложки должно быть во много раз меньше сопротивления фотоэмиссионного слоя. В этом случае эффективное сопротивление определяется только сопротивлением подложки. Но при этом возникает проблема выбора подходящего материала подложки, обладающего малым поверхностным сопротивлением и высокой оптической прозрачностью, а также не вызывающего химического отравления фотоэмиссионного слоя, который содержит в себе такие щелочные металлы, как калий, натрий, цезий.To eliminate the above disadvantages, transparent conductive substrates for photocathodes are developed, and the intrinsic resistance of the conductive substrate should be many times less than the resistance of the photoemissive layer. In this case, the effective resistance is determined only by the resistance of the substrate. But this raises the problem of choosing a suitable substrate material with a low surface resistance and high optical transparency, as well as not causing chemical poisoning of the photoemissive layer, which contains such alkali metals as potassium, sodium, cesium.
Часто используются подложки из таких нейтральных к щелочным металлам материалов как хром, резистивные сплавы, никель. Все они имеют поверхностное сопротивление не меньше ~103 Ом/квадрат, что недостаточно для достижения допустимой величины потенциального рельефа при требуемых характеристиках приборов.Often, substrates are used from materials neutral to alkali metals such as chromium, resistive alloys, and nickel. All of them have a surface resistance of not less than ~ 10 3 Ohm / square, which is not enough to achieve an acceptable value of the potential relief with the required characteristics of the devices.
Известен фотокатод, включающий стеклянную основу, на которой расположена никелевая сетка и сформирован фотоэмиссионный слой. Поверхностное сопротивление такого фотокатода составляет 10 Ом/квадрат при коэффициенте пропускания 75%. (описание изобретения к патенту Великобритании №GB 1217477 А, МПК Н01J 1/34, 31.12.1970). Недостатками данного технического решения являются ухудшение пространственного разрешения фотоэлектронных приборов с таким фотокатодом и искажение изображения вследствие намагничивания никелевой сетки.A known photocathode comprising a glass base on which a nickel grid is located and a photoemissive layer is formed. The surface resistance of such a photocathode is 10 ohms / square with a transmittance of 75%. (Description of the invention to UK patent No. GB 1217477 A, IPC
Известен фотокатод, включающий подложку из оксида олова, покрытую защитным полупроводящим слоем из оксида сурьмы, и фотоэмиссионный слой (патент США №US 3697794, МПК Н01J 1/34, H01J 29/38, 10.10.1972). Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Использование такого защитного слоя позволяет применять в качестве проводящего покрытия ядовитый для фотоэмиссионного слоя материал оксид олова, который обладает низким поверхностным сопротивлением и высоким коэффициентом пропускания оптического излучения. Известно, что оксид сурьмы химически активен к щелочным металлам, используемым для формирования фотоэмиссионного слоя (таким как, например Na, Cs, K и др.). Взаимодействие оксида сурьмы со щелочными металлами в процессе формирования фотоэмиссионного слоя приведет к искажению хода процесса формирования и ухудшению чувствительности полученного фотокатода. Поэтому использование решения-прототипа приведет к необходимости разработки нового, адаптированного к данной подложке, технологического процесса формирования фотоэмиссионного слоя. Тем не менее, даже после модификации процесса формирования максимально возможная чувствительность фотокатода, сформированного на описанной подложке, будет меньше, чем без нее. Более того, ресурс такого фотокатода тоже будет снижен, так как взаимодействие оксида сурьмы с фотоэмиссионным слоем может продолжаться во время работы фотоэлектронного прибора.A known photocathode comprising a tin oxide substrate coated with a protective semiconducting antimony oxide layer and a photoemissive layer (US patent No. US 3697794, IPC
Основной задачей полезной модели является регистрация быстропротекающих процессов с большим динамическим диапазоном за счет снижения эффективного сопротивления фотокатода, работающего в импульсном режиме, без изменения технологического процесса формирования фотоэмиссионного слоя.The main objective of the utility model is the registration of fast processes with a large dynamic range by reducing the effective resistance of the photocathode operating in a pulsed mode without changing the technological process of formation of the photoemissive layer.
Техническим результатом полезной модели является повышение динамического диапазона фотоэлектронного прибора и увеличение ресурса фотокатода.The technical result of the utility model is to increase the dynamic range of the photoelectronic device and increase the photocathode resource.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Технический результат достигается тем, что в фотокатоде фотоэлектронного прибора, работающего в импульсном режиме, включающего проводящую подложку и фотоэмиссионный слой, между этими слоями наносится прозрачная защитная диэлектрическая пленка. Данная пленка химически нейтральна к фотокатоду. Такую структуру можно рассматривать как конденсатор.The technical result is achieved by the fact that in the photocathode of a photoelectronic device operating in a pulsed mode, including a conductive substrate and a photoemissive layer, a transparent protective dielectric film is applied between these layers. This film is chemically neutral to the photocathode. Such a structure can be considered as a capacitor.
Применение защитной пленки приводит к тому, что фотоэмиссионный слой формируют по отработанной технологии, какая бы проводящая подложка ни использовалась; требование химической инертности на материал подложки при этом снимается. При этом может быть применен именно такой материал диэлектрической пленки, который используется в существующей технологии. Такое защитное покрытие будет предохранять фотоэмиссионный слой от взаимодействия с проводящим слоем и, благодаря своей полной нейтральности, не будет влиять на чувствительность фотокатода, ход технологического процесса и на ресурс фотокатода.The use of a protective film leads to the fact that the photoemissive layer is formed according to the proven technology, no matter which conductive substrate is used; the requirement of chemical inertness on the substrate material is thus removed. In this case, it is precisely such a material of the dielectric film that is used in the existing technology. Such a protective coating will protect the photoemissive layer from interacting with the conductive layer and, due to its complete neutrality, will not affect the sensitivity of the photocathode, the process flow, and the photocathode resource.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность полезной модели поясняется фигурами 1-6.The essence of the utility model is illustrated by figures 1-6.
На фиг. 1 схематично изображена структура фотокатода, где 1 - стеклянная подложка, 2 - прозрачный проводящий подслой, 3 - прозрачная диэлектрическая подложка, 4 - полупрозрачный фотокатод.In FIG. 1 schematically shows the structure of the photocathode, where 1 is a glass substrate, 2 is a transparent conductive sublayer, 3 is a transparent dielectric substrate, 4 is a translucent photocathode.
На фиг. 2 показаны спектральные характеристики пропускания полученных покрытий.In FIG. 2 shows the spectral transmission characteristics of the resulting coatings.
На фиг. 3 схематично изображены эквивалентные электрические схемы фотокатодов на стеклянной подложке, на проводящей подложке и на подложке конденсаторного типа, где Rk - сопротивление фотоэмиссионного слоя, Rпc - сопротивление проводящего слоя, С1 и С2 - паразитные емкости, С3 - емкость фотокатода.In FIG. Figure 3 schematically shows equivalent electrical circuits of photocathodes on a glass substrate, on a conductive substrate and on a capacitor-type substrate, where Rk is the resistance of the photoemissive layer, RPC is the resistance of the conductive layer, C1 and C2 are stray capacitances, C3 is the photocathode capacitance.
На фиг. 4-6 показаны результаты исследований максимального токоотбора с фотокатодов различного типа в хронографических ЭОП.In FIG. Figures 4-6 show the results of studies of the maximum current collection from photocathodes of various types in chronographic image intensifiers.
Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.
Предлагаемый фотокатод конденсаторного типа был реализован следующим образом (фиг. 1). В качестве прозрачного проводящего покрытия 2 был выбран оксид индия, легированный оловом In203(Sn) (так называемая ITO-пленка), для нанесения на стеклянную подложку 1. Пленки ITO широко используются в промышленности, так как из наиболее известных и относительно доступных покрытий они обладают наилучшим сочетанием оптических и электрических свойств: прозрачность от 80 до 95% при сопротивлении около 100 Ом/квадрат.The proposed photocathode capacitor type was implemented as follows (Fig. 1). As a transparent
Известно несколько способов получения ITO-пленок, требующих применения физико-химических процессов и установок вакуумного напыления. Был использован метод реактивного магнетронного распыления мишени из индия, легированного оловом, в атмосфере аргона и кислорода. Плюсами такого метода являются достаточно низкая температура подложки и высокая гибкость параметров при отработке технологии.Several methods are known for producing ITO films that require the use of physicochemical processes and vacuum deposition plants. The method of reactive magnetron sputtering of a target from tin-doped indium in an atmosphere of argon and oxygen was used. The advantages of this method are the rather low temperature of the substrate and the high flexibility of the parameters when testing the technology.
Были получены ITO-покрытия, удельное сопротивление которых находилось в диапазоне от 30 до 100 Ом/квадрат при коэффициенте пропускания не менее 85% (на белом свете).ITO coatings were obtained, the resistivity of which was in the range from 30 to 100 Ohm / square with a transmittance of at least 85% (in white light).
Подложка из окиси индия, легированной оловом, не является нейтральной к парам щелочных металлов (натрий, калий, цезий), из которых при взаимодействии с сурьмой при температурах от плюс 180 до плюс 270°С формируется фотоэмиссионный слой. Поэтому, в качестве защитной диэлектрической пленки 3 наносился диоксид кремния (SiC2). Диоксид кремния (кварц) является подходящим материалом для изготовления защитной пленки, так как он химически инертен и обеспечивает надежную защиту проводящего слоя от паров щелочных металлов.The tin doped indium oxide substrate is not neutral to vapors of alkali metals (sodium, potassium, cesium), of which a photoemissive layer is formed when interacting with antimony at temperatures from plus 180 to plus 270 ° C. Therefore, silicon dioxide (SiC 2 ) was applied as a
Для осаждения кварца на поверхность узлов с подложкой под фотокатод конденсаторного типа, был выбран высокочастотный (ВЧ) магнетрон, т.к. использование ВЧ позволяет избегать проблемы исчезающего анода: осажденная емкостная пленка на поверхности анода не успевает зарядиться. Метод ВЧ магнетронного распыления обеспечивает чистоту, высокую адгезию и плотность пленки, а также однородность ее оптических и диэлектрических свойств. Пленка SiO2 наносится только на рабочую поверхность фотокатода.To deposit quartz on the surface of nodes with a substrate under a photocathode of a capacitor type, a high-frequency (HF) magnetron was chosen, because the use of HF avoids the problem of a disappearing anode: the deposited capacitive film on the surface of the anode does not have time to charge. The method of RF magnetron sputtering ensures the purity, high adhesion and density of the film, as well as the uniformity of its optical and dielectric properties. A SiO 2 film is applied only to the working surface of the photocathode.
В результате на стеклянной подложке были изготовлены покрытия под фотокатод, состоящие из двух последовательно нанесенных пленок InО2(Sn) и SiO2. Были измерены спектральные характеристики пропускания полученных покрытий. Их характерный вид представлен на фиг. 2. Видно, что пленка SiO2 практически не ухудшает оптическое пропускание в видимом и ближнем ИК диапазонах. Суммарная характеристика пропускания полученной подложки под фотокатод конденсаторного типа определяется в основном пропусканием ITO-пленки и находится выше 80% в диапазоне длин волн от 430 до 1200 нм.As a result, coatings for the photocathode were made on a glass substrate, consisting of two films of InO 2 (Sn) and SiO 2 successively deposited. The spectral transmission characteristics of the resulting coatings were measured. Their characteristic appearance is shown in FIG. 2. It can be seen that the SiO 2 film practically does not impair the optical transmission in the visible and near IR ranges. The total transmission characteristic of the obtained substrate under the capacitor-type photocathode is determined mainly by the transmission of the ITO film and is above 80% in the wavelength range from 430 to 1200 nm.
В качестве фотоэмиссионного слоя 4 был сформирован многощелочной фотокатод, для чего подложка поочередно и многократно обрабатывалась парами калия с сурьмой и натрием при температуре 200°С. Полученный слой Na2KSb обрабатывался цезием с подпылением сурьмы. Фаза Cs-Sb проводится многократно при температуре (170-190) °С до увеличения фототока и получения максимальной чувствительности. Как показали результаты измерений, значения чувствительности многощелочного фотокатода на разработанной подложке, состоящей из слоя окиси индия, легированной оловом, и слоя диоксида кремния, лежат в области значений, полученных при формировании многощелочного фотокатода без проводящих подложек. Отдельно стоит отметить, что по сравнению с фотокатодом, сформированным на проводящей подложке РС4800 (использование которой в настоящее время является основным технологическим решением при разработке и изготовлении хронографических электронно-оптических преобразователей на многощелочном фотокатоде), фотокатод конденсаторного типа обладает даже большей чувствительностью. Этот факт объясняется более высоким коэффициентом пропускания подложки.As a
Полученный слой «фотокатод - диэлектрик - проводящая пленка» при импульсных световых загрузках можно рассматривать как конденсатор (фиг. 3), через который проходит большая часть фототока. При этом эквивалентная электрическая схема фотокатода конденсаторного типа в импульсном режиме становится аналогичной схеме фотокатода на проводящей подложке. Таким образом, мы получаем, что фотокатод с диэлектрической прокладкой между фотоэмиссионным и проводящим слоями в импульсном режиме работает аналогично фотокатоду, имеющему только фотоэмиссионный и проводящий слои. При этом диэлектрическая прокладка обеспечивает сохранность фотоэмиссионного слоя и значительно увеличивает его ресурс.The resulting layer “photocathode – dielectric – conductive film” under pulsed light loads can be considered as a capacitor (Fig. 3), through which a large part of the photocurrent passes. In this case, the equivalent electric circuit of the capacitor-type photocathode in the pulsed mode becomes similar to the photocathode circuit on a conductive substrate. Thus, we obtain that a photocathode with a dielectric spacer between the photoemissive and conductive layers in a pulsed mode works similarly to a photocathode having only photoemissive and conductive layers. In this case, the dielectric gasket ensures the safety of the photoemissive layer and significantly increases its resource.
Для апробации предлагаемого фотокатода в составе готового прибора были изготовлены макеты хронографических ЭОП с фотокатодом конденсаторного типа. Исходя из полученных результатов исследования, можно сделать вывод, что основные параметры ЭОП (пространственное разрешение по полю экрана, яркость темнового фона, затворное число, коэффициент электронно-оптического увеличения и спектральный коэффициент преобразования) не зависят от типа подложки под фотокатод. Данные параметры изменяются в определенных интервалах значений, характерных для определенного типа прибора, и эти изменения не коррелируют со способом изготовления многощелочного фотокатода.To test the proposed photocathode as a part of the finished device, mock-ups of chronographic image intensifiers with a photocathode of a capacitor type were made. Based on the results of the study, we can conclude that the main parameters of the image intensifier (spatial resolution along the screen field, brightness of the dark background, shutter number, electron-optical magnification coefficient and spectral conversion coefficient) do not depend on the type of substrate for the photocathode. These parameters vary in certain ranges of values characteristic of a particular type of device, and these changes do not correlate with the method of manufacturing a multi-alkaline photocathode.
Максимальный токоотбор с фотокатодов конденсаторного типа оценивался как максимальная мощность лазерного импульса, поступающего на фотокатод, при которой не наблюдается падения пространственного разрешения ЭОП, вызываемого внутренним электрическим полем в слое фотокатода, которое, в свою очередь, появляется при высоком токоотборе вследствие конечного собственного сопротивления материала фотокатода. Результаты исследования ЭОП с фотокатодом без подложки представлены на фиг. 4. При статической засветке подбирался режим, позволяющий четко различить элемент миры (фиг. 4). Затем на фотокатод подавалось лазерное импульсное излучение, начиная с минимальной энергии 1 мкДж. Как показал эксперимент, элемент миры 10 штр./мм хорошо различим вплоть до 12 мкДж. При энергии лазера 12 мкДж (фиг. 4б) изображение начало «разрушаться» и элемент все той же миры 10 штр./мм стал различим только частично. На фиг. 4в показано, что изображение становится полностью не различимым уже при энергии лазерного излучения 15 мкДж.The maximum current sampling from capacitor-type photocathodes was estimated as the maximum power of a laser pulse arriving at the photocathode, at which there is no decrease in the spatial resolution of the image intensifier caused by the internal electric field in the layer of the photocathode, which, in turn, appears at high current sampling due to the finite intrinsic resistance of the photocathode material . The results of the study of a tube with a photocathode without a substrate are presented in FIG. 4. During static exposure, a mode was selected that clearly distinguishes the element of the worlds (Fig. 4). Then, pulsed laser radiation was supplied to the photocathode, starting with a minimum energy of 1 μJ. As the experiment showed, the element of the worlds of 10 lines / mm is clearly distinguishable up to 12 μJ. At a laser energy of 12 μJ (Fig. 4b), the image began to “collapse” and the element of the same world of 10 lines / mm became only partially distinguishable. In FIG. 4c shows that the image becomes completely indistinguishable even at a laser radiation energy of 15 μJ.
На фиг. 5 представлены полученные изображения элемента миры 15 штр./мм на экране ЭОП при различной мощности лазерного излучения. Фотокатод данного прибора был сформирован на проводящей подложке РС4800. Изображение элемента миры 15 штр./мм было различимо вплоть до энергии излучения 50 мкДж (фиг. 5б.), превышение этого порога энергии приводило к разрушению изображения, а при мощности излучения 60 мкДж изображение миры стало абсолютно не различимо (фиг. 5в).In FIG. Figure 5 shows the obtained images of the
На фиг. 6 видно, что у ЭОП с фотокатодом конденсаторного типа изображение элемента миры 15 штр./мм на экране данного прибора различимо вплоть до максимальной мощности излучения данного лазера 120 мкДж.In FIG. Figure 6 shows that for a tube with a capacitor-type photocathode, the image of the world element of 15 lines / mm on the screen of this device is distinguishable up to a maximum radiation power of this laser of 120 μJ.
Известно, что верхняя граница динамического диапазона определяется максимально возможным током, который можно снять с фотокатода без ухудшения пространственного разрешения.It is known that the upper limit of the dynamic range is determined by the maximum possible current that can be removed from the photocathode without compromising spatial resolution.
Сам параметр «динамический диапазон» сильно зависит от многих условий его измерения, таких как длительность импульса, длительность развертки, требование на сохранение пространственного разрешения и контраста изображения. Поэтому, проведенных экспериментов недостаточно для получения абсолютных значений динамического диапазона ЭОП. Однако полученные экспериментальные результаты позволяют провести относительную оценку динамического диапазона, чего вполне достаточно для доказательства эффективности применения фотокатода конденсаторного типа.The “dynamic range” parameter itself strongly depends on many conditions of its measurement, such as the pulse duration, the scan duration, and the requirement to preserve the spatial resolution and image contrast. Therefore, the experiments performed are not enough to obtain the absolute values of the dynamic range of the image intensifier tube. However, the experimental results obtained make it possible to carry out a relative estimation of the dynamic range, which is quite enough to prove the effectiveness of using a capacitor-type photocathode.
Пусть D0 -значение динамического диапазона ЭОП с фотокатодом без подложки; DРC4800 - значение динамического диапазона ЭОП с проводящей подложкой РС4800; Dконд - значение динамического диапазона ЭОП с фотокатодом конденсаторного типа. Предположим, что нижняя граница динамического диапазона (то есть минимально возможная энергия излучения, подаваемая на фотокатод, при которой возможна регистрация изображения с экрана ЭОП) имеет один и тот же порядок величины для исследуемых приборов. Тогда значение динамического диапазона приборов будет различаться так же, как максимальная энергия излучения, которую можно подать на фотокатод ЭОП без «разрушения» изображения (то есть верхняя граница динамического диапазона). Исходя из полученных данных, получаем следующие соотношения:Let D 0 be the value of the dynamic range of an image intensifier tube with a photocathode without a substrate; D PC4800 - value of the dynamic range of the image intensifier tube with a conductive substrate PC 4800 ; D cond - the value of the dynamic range of the image intensifier with a photocathode of the capacitor type. Suppose that the lower boundary of the dynamic range (that is, the minimum possible radiation energy supplied to the photocathode at which the image from the image intensifier screen is possible) has the same order of magnitude for the devices under study. Then the value of the dynamic range of the devices will differ in the same way as the maximum radiation energy that can be supplied to the photocathode of the image intensifier tube without “destroying” the image (that is, the upper limit of the dynamic range). Based on the data obtained, we obtain the following relationships:
Таким образом, в результате проведенных экспериментальных работ показана возможность повысить динамический диапазон в хронографических ЭОП не менее чем в 2,4 раза, за счет использования полезной модели.Thus, as a result of the experimental work, it was shown that it is possible to increase the dynamic range in chronographic image intensifiers by at least 2.4 times, due to the use of a utility model.
Предлагаемый фотокатод с диэлектрической прокладкой между фотоэмиссионным и проводящим слоями создает условия для регистрации быстропротекающих процессов с большим динамическим диапазоном за счет уменьшения его эффективного поверхностного сопротивления в импульсном режиме и обладает повышенным ресурсом за счет отсутствия отравления фотоэмиссионного слоя, благодаря химической инертности защитной диэлектрической прокладки. При этом, для формирования фотоэмиссионного слоя может быть использована стандартная технология, так как она не зависит от материала проводящего слоя.The proposed photocathode with a dielectric gasket between the photoemissive and conductive layers creates the conditions for registering fast processes with a large dynamic range by reducing its effective surface resistance in a pulsed mode and has an increased resource due to the absence of poisoning of the photoemissive layer due to the chemical inertness of the protective dielectric gasket. At the same time, standard technology can be used to form the photoemission layer, since it does not depend on the material of the conductive layer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130799U RU185547U1 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130799U RU185547U1 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU185547U1 true RU185547U1 (en) | 2018-12-14 |
Family
ID=64754474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130799U RU185547U1 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU185547U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3697794A (en) * | 1969-03-19 | 1972-10-10 | Rca Corp | Photocathode comprising layers of tin oxide, antimony oxide, and antimony |
| SU1609365A1 (en) * | 1988-06-17 | 1995-08-20 | Ю.В. Матершев | Photocathode assembly of photoelectronic device |
| RU2569917C1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Photocathode |
| RU2015113428A (en) * | 2012-10-12 | 2016-10-27 | Фотонис Франс | SEMI-TRANSPARENT PHOTOCATODE WITH INCREASED ABSORPTION |
-
2017
- 2017-02-20 RU RU2018130799U patent/RU185547U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3697794A (en) * | 1969-03-19 | 1972-10-10 | Rca Corp | Photocathode comprising layers of tin oxide, antimony oxide, and antimony |
| SU1609365A1 (en) * | 1988-06-17 | 1995-08-20 | Ю.В. Матершев | Photocathode assembly of photoelectronic device |
| RU2015113428A (en) * | 2012-10-12 | 2016-10-27 | Фотонис Франс | SEMI-TRANSPARENT PHOTOCATODE WITH INCREASED ABSORPTION |
| RU2569917C1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Photocathode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20130114137A (en) | Electron multiplier device having a nanodiamond layer | |
| CN108140533B (en) | Photomultiplier tube and method for manufacturing the same | |
| Siegmund et al. | Large area microchannel plate imaging event counting detectors with sub-nanosecond timing | |
| JPS61224234A (en) | Film material of dinode for photo electric multiplier | |
| US5336966A (en) | 4-layer structure reflection type photocathode and photomultiplier using the same | |
| CN103887126B (en) | Photocathode | |
| Siegmund et al. | Advances in microchannel plates and photocathodes for ultraviolet photon counting detectors | |
| RU185547U1 (en) | PHOTOCATODE FOR PULSE PHOTOELECTRONIC INSTRUMENTS | |
| US3213308A (en) | Ultraviolet radiation detector | |
| EP3127138A1 (en) | Ultraviolet light detection | |
| Wilcock et al. | An image intensifier with transmitted secondary electron multiplication | |
| Siegmund et al. | 20 cm sealed tube photon counting detectors with novel microchannel plates for imaging and timing applications | |
| CN107331725A (en) | A kind of preparation method for detecting substrate, detection substrate and X-ray detector | |
| Bristow | Suppression of afterpulsing in photomultipliers by gating the photocathode | |
| Cremer et al. | High-performance large-area microchannel plate detectors for particle identification applications | |
| RU2686063C1 (en) | Semitransparent photocathode | |
| RU2738459C1 (en) | Semitransparent photocathode | |
| Xie et al. | Fast-timing microchannel plate photodetectors: Design, fabrication, and characterization | |
| CN108258080A (en) | The preparation method of vacuum ultraviolet detector based on GaN photocathodes | |
| EP2634790A2 (en) | Electron multiplying apparatus | |
| Siegmund et al. | Very large area 20cm× 20cm flat panel phototubes using ALD microchannel plates | |
| US4305972A (en) | Method for expeditiously processing a sodium-potassium-cesium-antimony photocathode | |
| Wang et al. | Design improvement and bias voltage optimization of glass-body microchannel plate picosecond photodetector | |
| US4568567A (en) | Method of removing trace quantities of alkali metal impurities from a bialkali-antimonide photoemissive cathode | |
| Thomas et al. | Subnanosecond intensifier gating using heavy and mesh cathode underlays |