RU2807302C1 - Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия - Google Patents
Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807302C1 RU2807302C1 RU2023121859A RU2023121859A RU2807302C1 RU 2807302 C1 RU2807302 C1 RU 2807302C1 RU 2023121859 A RU2023121859 A RU 2023121859A RU 2023121859 A RU2023121859 A RU 2023121859A RU 2807302 C1 RU2807302 C1 RU 2807302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- currents
- thermionic
- photoemission
- formation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 25
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 13
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электровакуумной технике, технологии формирования фотокатодов и вторично-эмиссионных покрытий в вакуумных фотоэлектронных приборах, в частности к контролю фотоэмиссионного тока покрытия в процессе его формирования. Технический результат - исключение паразитных составляющих в виде токов утечки по изолятору и токов ионизации в составе регистрируемого фотоотклика в процессе формирования фотокатода, что позволяет раздельно контролировать изменение фотоэмиссионной и термоэмиссионной составляющих фотоотклика. Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия заключается в том, что производят подсветку фотокатода световым излучением от источника при подаче потенциала на фотокатод относительно анода, световое излучение является импульсным и осуществляется смена полярности питания фотокатода с частотой в два раза меньше частоты подсветки фотокатода, и при этом вычисляют фотоэмиссионный Iф и термоэмиссионный Iт токи. За счет корректного раздельного контроля за изменениями истинных фотоэмиссионных и термоэмиссионных токов достигается возможность получения фотоэмиссионного слоя с более высокими значениями чувствительности. 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к электровакуумной технике, технологии формирования фотоэмиссионных и вторично-эмиссионных покрытий в вакуумных фотоэлектронных приборах, в частности к контролю фотоэмиссионного тока покрытия в процессе его формирования.
Изготовление любого вакуумного фотоэлектронного прибора связано с формированием фотоэмиссионного покрытия (фотокатода), при этом практически все существующие типы фотокатодов либо полностью формируются, либо активируются в вакуумной среде с контролем процесса по фотоэмиссионному и «темновому» токам.
Регистрация фотоэлектронов осуществляется путем подачи напряжения смещения на электрод-коллектор с одновременной засветкой формируемого фотоэмиссионного материала и измерением протекающего в электрической цепи тока; при отключении засветки регистрируется так называемый «темновой» ток.
Показания фототока и «темнового» тока вместе с давлением в приборе (в вакуумной камере) и температурой являются основными параметрами процесса формирования фотокатода, на основании которых оператором принимаются решения о тех или иных действиях (включить/выключить подачу щелочного металла, изменить скорость подачи и т.п.), и точность регистрации которых во многом определяет повторяемость технологии и конечную чувствительность формируемого материала. При этом при стандартном способе регистрации фактически измеряется сумма токов утечки, фотоэмиссионного тока, термоэмиссионного тока, тока ударной ионизации молекул щелочного металла (фотоэлектронами или электронами термоэлектронной эмиссии) и тока фотоионизации, каждый из которых меняется в зависимости от среды и химического состава формируемого фотоэмиссионного слоя. Эти изменения могут быть существенными и могут вносить свой вклад в регистрируемый ток, что препятствует контролю за процессом формирования фотокатода.
Так, в ряде случаев показания «темнового» тока могут становиться настолько большими, что на их фоне значительно меньший по амплитуде полезный сигнал, вызванный фотоэмиссионным процессом, различать с требуемой точностью уже затруднительно, и формирование фотокатода становится фактически неуправляемым, что может приводить к снижению конечной чувствительности фотокатода.
Эти явления существуют при работе с любым типом фотокатодов, но наиболее ярко проявляются при обработке массивных фотокатодов, работающих на отражение, или при одновременном активировании динодного пакета фотоэлектронного умножителя и формировании в этом же ФЭУ полупрозрачного фотокатода, т.е. в процессах, где для проработки начального слоя фотокатода (динода) требуется большое количество щелочного металла, нагоняемого внутрь вакуумного объема, что приводит к росту паразитной составляющей регистрируемого сигнала, например, к росту тока утечки по изолятору или к росту ионизационного тока, но воспринимается как увеличение термоэмиссионного (истинного «темнового») тока или искаженный фототок.
Для повышения повторяемости процессов формирования фотокатода, а также для повышения чувствительности готовых фотокатодов, особенно работающих на отражение, необходим способ регистрации истинного темнового тока и истинного тока фотоэмиссии без паразитных составляющих в виде токов утечки по изолятору и ионизационных токов.
Многие исследователи для повышения точности контроля за процессом формирования фотокатода разрабатывали иные, более сложные системы контроля, включая применение оптических способов, основанных на измерении коэффициентов оптического отражения и/или пропускания формируемого фотокатода, а также контроль химического состава исходных металлов, напыляющихся на подложку, с помощью различных способов - от масс-спектрометрического контроля до контроля парциальных давлений щелочных металлов косвенными способами.
Известна работа, в которой поднимается проблема влияния темнового тока и токов утечки на измеряемое значение фотоотклика, и предлагается в качестве решения применение импульсной подсветки фотокатода с помощью трех светодиодов, работающих на длинах волн 530 нм, 720 нм и 950 нм. Юпашевский А.В., Миронов А.В., Макуха В.К., Автоматизация управления процессом формирования мультищелочного фотокатода // Современные проблемы телекоммуникации - Новосибирск, 2018. - С. 641-644.
Недостатком данного способа является регистрация суммы всех составляющих, пусть и выполняемая в импульсном режиме, что не позволяет отсечь токи утечки и ионизации и разделить «темновой» и фотоэмиссионный токи.
Известен способ регистрации фототока, в котором негативный эффект от паразитных токов утечки и тока ионизации щелочных металлов снижается за счет добавления второго коллектора, имеющего существенно меньшую площадь поверхности, чем у основного коллектора, и электрически развязанного с ним. Способ заключается в регистрации тока в цепи между первым и вторым коллекторами, причем на второй коллектор подается положительный относительно фотокатода и «слегка» отрицательный относительно основного коллектора потенциал, а на основном коллекторе создается положительное относительно фотокатода смещение в 50-150 В. Таким образом, большая часть токов ионизации, попадающих в цепь «основной коллектор - фотокатод», не регистрируются в сигнальной цепи между двумя коллекторами. Кроме того, как заявляет автор, ток утечки также протекает по цепи «фотокатод - основной коллектор». Патент США №US 4306188, МПК G01R 31/25, H01J 9/12, B05D 5/12, 15.12.1981. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Несмотря на явные преимущества перед классическим методом регистрации фототока в процессе формирования фотокатода, в предложенном автором способе уровень тока в сигнальной цепи формируется лишь незначительной частью фотоэлектронов, большая часть которых все равно собирается основным коллектором, что сильно усложняет процесс формирования фотокатода, особенно на ранних стадиях, при этом фотоэмиссионный и термоэмиссионный токи регистрируются всегда вместе; в сигнальной цепи действительно существенно снижается влияние токов ионизации, но только сформированных в вакуумном объеме прибора между фотокатодом и основным коллектором; при этом в объеме ниже основного коллектора также появляются токи фотоионизации, которые в силу описанного выше распределения потенциалов на коллекторах регистрируются в основном в сигнальной цепи. Кроме того, в описанном способе на изоляторе между основным и вторым коллектором также формируются токи утечки в силу большого парциального давления щелочных металлов даже при достаточно низкой разнице потенциалов между коллекторами.
Таким образом, недостатком прототипа является наличие паразитных составляющих в виде токов утечки по изолятору и токов ионизации в составе регистрируемого фотоотклика в процессе формирования фотокатода, вследствие чего невозможно раздельно контролировать изменение фотоэмиссионной и термоэмиссионной составляющих фотоотклика.
Техническим результатом изобретения является исключение паразитных составляющих в виде токов утечки по изолятору и токов ионизации в составе регистрируемого фотоотклика в процессе формирования фотокатода, что позволяет раздельно контролировать изменение фотоэмиссионной и термоэмиссионной составляющих фотоотклика.
Технический результат достигается тем, что в способе регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия, заключающемся в том, что производят подсветку фотокатода световым излучением от одного источника при подаче потенциала на фотокатод относительно анода, световое излучение является импульсным и осуществляется смена полярности питания фотокатода с частотой в два раза меньше частоты подсветки фотокатода, и при этом фотоэмиссионный Iф и термоэмиссионный Iт токи получают, регистрируя четыре сигнала: сигнал I1 получают, подавая на фотокатод отрицательный потенциал относительно анода и подсвечивая его световым излучением; сигнал I2 получают, подавая на фотокатод положительный потенциал относительно анода и подсвечивая его световым излучением; сигнал I3 получают, подавая на фотокатод отрицательный потенциал относительно анода и не подсвечивая его световым излучением; сигнал I4 получают, подавая на фотокатод положительный потенциал относительно анода и не подсвечивая его световым излучением; измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов согласно выражениям:
где σ - коэффициент, учитывающий сечение ионизации и вероятность ионизации, а Рщм - парциальное давление щелочного металла, Т - температура процесса формирования фотокатода, k - постоянная Больцмана.
Технический результат достигается также тем, что в способе регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия применяется более одного источника светового излучения, для каждого из которых регистрируют четыре сигнала I1, I2, I3, I4, измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Принятые обозначения:
1 - формируемое фотоэмиссионное покрытие (фотокатод);
2 - анод;
3 - нагрузочный резистор;
4 - источник света;
5 - источник питания;
6 - микроконтроллер;
7 - модуль усиления сигнала;
8 - модуль аналого-цифрового преобразования;
9 - двухканальный самописец.
На фиг.1 представлена стандартная схема регистрации общего тока при формировании фотокатода. В классическом методе регистрации на фотокатоде 1 создается отрицательный относительно анода 2 потенциал (-U), что приводит к сбору всех электронов, образующихся в формируемом слое под воздействием светового потока от источника света 4, на аноде 2, в цепи которого и регистрируется суммарный ток путем измерения падения напряжения, создаваемого этим током на нагрузочном резисторе 3 известного сопротивления.
На фиг.2 представлена схема формирования суммы тока фотоионизации и тока утечки: регистрируют падение напряжения на нагрузочном резисторе 3 в условиях подачи на фотокатод 1 положительного потенциала относительно анода 2 и при включенной подсветке фотокатода 1.
На фиг.3 представлена схема формирования суммы темнового тока, тока ударной ионизации от термоэлектронов и тока утечки: регистрируют падение напряжения на нагрузочном резисторе 3 в условиях подачи на фотокатод 1 отрицательного потенциала относительно анода 2 и при выключенной подсветке фотокатода 1.
На фиг.4 представлена схема формирования тока утечки: регистрируют падение напряжения на нагрузочном резисторе 3 в условиях подачи на фотокатод 1 положительного потенциала относительно анода 2 и при выключенной подсветке фотокатода 1.
На фиг.5 представлена схема реализации способа регистрации истинных фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов.
На фиг.6 показан график регистрируемых сигналов при классическом методе регистрации.
На фиг.7 показан график регистрируемых сигналов при регистрации в соответствии с настоящим способом.
На фиг.8 представлены спектральные характеристики полученных фотокатодов по классическому методу и в соответствии с настоящим способом.
В таблице представлены все комбинации подсветки фотокатода и смены полярности его питания и составляющие регистрируемого в этих условиях тока.
Сутью предлагаемого способа регистрации является совместное использование импульсной подсветки фотокатода 1 источником света 4, в качестве которого можно использовать, например, лазер или светодиод с возможностью управления частотой включения и выключения, или, например, лампу накаливания, где импульсную подсветку можно осуществить путем перекрывания и открывания пространства между фотокатодом и лампой накаливания, например, с помощью лопастей вентилятора, и специального режима питания, заключающегося в смене полярности питания фотокатода 1, выполняемой с частотой в два раза ниже частоты подсветки.
В процессе формирования фотокатода 1 регистрируемый фототок Iрег, по сути, является интегральным значением, объединяющим фотоэмиссионный ток Iф, ток утечки по изолятору Iу, термоэмиссионный ток с учетом воздействия электрического поля Iт, ионизационный ток Iи.
Фотоэмиссионный ток Iф - это ток, создаваемый фотоэлектронами, образованными в результате фотоэмиссии.
Ток утечки по изолятору Iу - ток, протекающий в цепи регистрации фототока, безотносительно эмиссионных и ионизационных процессов. Ток утечки пропорционален напряжению Ua, которое подается на электрод регистрации, и обратно пропорционален сопротивлению изолятора R, которое в процессе формирования фотокатода может меняться в широких пределах как в результате осаждения щелочных металлов и образования дополнительных проводящих зон, так и в результате собственной температурной зависимости проводимости материала изолятора.
Ионизационный ток Iи возникает в результате процессов фотоионизации и ударной ионизации (фотоэлектронами) паров щелочного металла, и в первом приближении его можно представить как сумму тока фотоионизации Iфи и тока ударной ионизации Iуи. При этом, последняя составляющая является суммой токов, полученных в процессе ударной ионизации фотоэлектронами Iуиф и термоэмиссионными электронами Iуит.
Термоэмиссионный ток Iт определяется количеством электронов, имеющих собственную энергию выше уровня потенциального барьера границы раздела «твердое тело - вакуум». Термоэмиссионный ток существует безотносительно фотоэмиссионных процессов и зависит, согласно закону Ричардсона-Дэшмана, от типа материала и температуры.
Электрическое поле, образованное положительным напряжением смещения на коллекторе фотоэлектронов, влияет на изгиб энергетических зон на границе раздела «твердое тело-вакуум», увеличивая количество эмитированных электронов, однако, учитывая, что в процессе формирования фотокатодов реальные напряжения смещения редко превышают 100 В, а расстояние между поверхностью, на которой формируется фотокатод, и анодным коллектором фотоэлектронов составляет от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, данным явлением можно пренебречь.
Таким образом, регистрируемый в процессе формирования фотокатода 1 ток представляется следующим образом (фиг.1):
Легко заметить, что:
- при подаче на фотокатод 1 положительного потенциала относительно анода 2 (коллектора электронов) при наличии засветки фотокатода 1 в регистрируемом токе останутся только ток утечки по изолятору Iу и составляющая ионизационного тока, связанная с фотоионизацией Iфи (фиг.2):
- при подаче на фотокатод 1 отрицательного потенциала относительно анода 2 при отсутствии засветки на формируемом фотокатоде 1 в структуре регистрируемого тока остается только часть ионизационного тока, вызванная ударной ионизацией электронами термоэмиссионного процесса Iуит, термоэмиссионный ток Iт и ток утечки Iу (фиг.3):
при подаче на фотокатод 1 положительного потенциала и в условиях отсутствия засветки в регистрируемом токе останется только ток утечки по изолятору Iу (фиг.4):
Рассмотренные условия и составляющие регистрируемого в этих условиях тока обобщены в таблице, где знаком «+» отмечены составляющие, которые присутствуют в данных условиях регистрации, а знаком « - », соответственно, отсутствующие составляющие. Анализируя таблицу, можно получить:
Таким образом, регистрируя ток в четырех различных комбинациях условий регистрации, можно элементарными математическими операциями получить значение суммы фотоэмиссионного тока и тока, образованного процессом ударной ионизации молекул щелочного металла фотоэлектронами.
Учитывая, что эти токи связаны соотношением
где
σ - коэффициент, учитывающий сечение ионизации и вероятность ионизации, а Рщм - парциальное давление щелочного металла, Т - температура процесса формирования фотокатода, k - постоянная Больцмана можно получить формулу для определения фотоэмиссионного фототока:
Аналогично можно получить:
Для обеспечения возможности рассчитывать значение истинного фотоэмиссионного тока и истинного «темнового» тока фотокатода по зависимостям (5), (8) необходимо обеспечить онлайн-контроль парциального давления пара щелочного металла любым из известных способов.
Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия, заключающийся в том, что производят подсветку фотокатода 1 световым излучением при подаче потенциала на фотокатод 1 относительно анода 2, световое излучение является импульсным и осуществляется смена полярности питания фотокатода 1 с частотой в два раза меньше частоты подсветки фотокатода 1, и при этом фотоэмиссионный Iф и термоэмиссионный Iт токи получают, регистрируя четыре сигнала: сигнал I1 получают, подавая на фотокатод 1 отрицательный потенциал относительно анода 2 и подсвечивая его световым излучением; сигнал I2 получают, подавая на фотокатод 1 положительный потенциал относительно анода 2 и подсвечивая его световым излучением; сигнал I3 получают, подавая на фотокатод 1 отрицательный потенциал относительно анода 2 и не подсвечивая его световым излучением; сигнал I4 получают, подавая на фотокатод 1 положительный потенциал относительно анода 2 и не подсвечивая его световым излучением; измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода 1 и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов согласно выражениям:
где σ - коэффициент, учитывающий сечение ионизации и вероятность ионизации, а Рщм - парциальное давление щелочного металла, Т - температура процесса формирования фотокатода, k - постоянная Больцмана.
Так же в способе регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия можно использовать несколько источников светового излучения с различными длинами волн или интенсивностью для каждого из которых регистрируют четыре сигнала I1, I2, I3, I4, измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода 1 и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов.
Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена, например, с помощью блока регистрации, схема которого представлена на фиг.5. Устройство содержит нагрузочный резистор 3, который одним концом электрический подключен к выходу Vout источника 5 питания, а другим концом к контакту для подключения ФЭП; выход GND источника 5 питания электрический заземлен; источник 5 питания имеет два входа, один вход подключен к одному дискретному выходу микроконтроллера 6, второй вход к другому дискретному выходу микроконтроллера 6; источник света 4 электрически подключен к дискретному выходу микроконтроллера 6; модуль 7 усиления сигнала своим отрицательным входом подключен к выходу Vout источника 5 питания, а положительный вход модуля 7 усиления сигнала подключен к контакту для подключения ФЭП; вход модуля 8 аналого-цифрового преобразования подключен к выходу модуля 7 усиления, а выход модуля 8 аналого-цифрового преобразования подключен к цифровому интерфейсу микроконтроллера 6; устройство 9 визуализации своим входом подключается к цифровому/аналоговому интерфейсу микроконтроллера 6, а выход GND микроконтроллера 6 электрически подключен к выходу Vout источника 5 питания. В качестве источника света 4 применялся лазер.
Устройство работает следующим образом:
К устройству (фиг.5) подключают ФЭП, который содержит в своем составе анод 2 и электрод фотокатода 1. При этом заземляют или анод 2, или электрод фотокатода 1. В процессе формирования фотоэмиссионного покрытия на электрод фотокатода 1 относительно анода 2 попеременно с некоторой частотой подаются положительный и отрицательный потенциалы от источника 5 питания, смену полярности у которого задает микроконтроллер 6. В каждой фазе питания тот же микроконтроллер включает и выключает подсветку подачей управляющих сигналов на источник света 4, причем смена состояния источника света 4 выполняется с частотой в два раза выше частоты смены полярности питания фотокатода 1. Таким образом реализовываются четыре состояния условий регистрации, описанные выше, в каждом из которых в микроконтроллер 6 поступает значение регистрируемого на нагрузочном резисторе 3 падения напряжения, создаваемого суммой токов в цепи «фотокатод-анод», усиленное модулем 7 усиления сигнала и преобразованное в цифровой сигнал модулем 8. Микроконтроллер 6 в каждом цикле (все 4 состояния) рассчитывает значения (Iф+Iуиф) и (Iт+Iуит) по формулам (3) и (6), на основании которых рассчитывает значения Iф и Iт по формулам (5) и (8), если в него дополнительно поступает сигнал, характеризующий парциальное давление щелочного металла.
Для оценки чувствительности формируемого слоя к различным свойствам излучения (разные интенсивности, разные длины волн) можно использовать несколько источников освещения, при этом необходимо реализовать все вышеописанные условия (включено/выключено излучение для каждой полярности смещения на формируемом материале) для каждого источника освещения, соответственно получаемые результаты фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов необходимо будет вычислить для каждого источника освещения.
В экспериментах, которые осуществлялись авторами, использовался один источник освещения, а парциальное давление щелочного металла учитывалось путем записи в память микроконтроллера максимального значения этого давления на всем этапе формирования фотокатода, экспериментально зарегистрированное заранее, т.е. микроконтроллер рассчитывал условные значения Iф и Iт, отличающиеся от реальных в меньшую сторону; однако при регистрации парциального давления щелочного металла онлайн можно получать непосредственно Iф и Iт.
Рассчитанные значения визуализируются на двухканальном самописце 9, а также записываются в отдельные файлы «csv» - файлы для хранения и последующего анализа.
С применением разработанного устройства были изготовлены экспериментальные образцы фотоэлементов СДФ20 с массивным фотокатодом Cs3Sb, серийно выпускаемые ФГУП «ВНИИА». На фиг.6 показан график регистрируемого тока при классическом способе регистрации, а на фиг.7 при регистрации по предлагаемому способу: хорошо видно, что использование предлагаемого способа регистрации позволяет детально наблюдать уровень термоэмиссионного и фотоэмиссионного токов, в то время, как классический способ регистрации на определенной стадии процесса (именно она показана на фиг.6) практически не различает эти значения.
На фиг.8 представлен спектральные характеристики полученных фотокатодов по классическому способу и предлагаемому способу, анализ которых показывает, что использование нового способа регистрации позволяет получать как минимум аналогичные уровни чувствительности фотокатода, избегая риска пропустить требуемую точку «переключения» состояния процесса с нагонки щелочного металла и проработки им фотоэмиссионного покрытия на отгонку, а также точку прекращения отгонки щелочного металла.
Таким образом достигается заявленный технический результат, а именно:
исключение паразитных составляющих в виде токов утечки по изолятору и токов ионизации в составе регистрируемого фотоотклика в процессе формирования фотокатода, что позволяет раздельно контролировать изменение фотоэмиссионного и термоэмиссионного составляющих фотоотклика.
Claims (5)
1. Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия, заключающийся в том, что производят подсветку фотокатода световым излучением от источника при подаче потенциала на фотокатод относительно анода, отличающийся тем, что световое излучение является импульсным и осуществляется смена полярности питания фотокатода с частотой в два раза меньше частоты подсветки фотокатода, и при этом фотоэмиссионный Iф и термоэмиссионный Iт токи получают, регистрируя четыре сигнала: сигнал I1 получают, подавая на фотокатод отрицательный потенциал относительно анода и подсвечивая его световым излучением; сигнал I2 получают, подавая на фотокатод положительный потенциал относительно анода и подсвечивая его световым излучением; сигнал I3 получают, подавая на фотокатод отрицательный потенциал относительно анода и не подсвечивая его световым излучением; сигнал I4 получают, подавая на фотокатод положительный потенциал относительно анода и не подсвечивая его световым излучением; измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода, и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов согласно выражениям
где σ - коэффициент, учитывающий сечение ионизации и вероятность ионизации, а Рщм - парциальное давление щелочного металла, Т - температура процесса формирования фотокатода, k - постоянная Больцмана.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют несколько источников светового излучения с различными длинами волн или интенсивностью, для каждого из которых регистрируют четыре сигнала I1, I2, I3, I4, измеряют парциальное давление щелочных металлов и измеряют температуру в процессе формирования фотокатода и вычисляют значения фотоэмиссионного Iф и термоэмиссионного Iт токов.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807302C1 true RU2807302C1 (ru) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4306188A (en) * | 1979-10-30 | 1981-12-15 | Rca Corporation | Photomultiplier tube having a photocurrent collector |
SU1141937A1 (ru) * | 1983-06-06 | 1991-12-23 | Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова | Способ регистрации фотонов фотоэлектронным умножителем |
US6692209B1 (en) * | 1999-11-19 | 2004-02-17 | Litton Systems, Inc. | Method and system for manufacturing a photocathode |
RU2248066C1 (ru) * | 2003-11-06 | 2005-03-10 | Научно-исследовательский институт физики им. В.А. Фока Санкт-Петербурского государственного университета | Способ изготовления фотополевого катода |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4306188A (en) * | 1979-10-30 | 1981-12-15 | Rca Corporation | Photomultiplier tube having a photocurrent collector |
SU1141937A1 (ru) * | 1983-06-06 | 1991-12-23 | Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова | Способ регистрации фотонов фотоэлектронным умножителем |
US6692209B1 (en) * | 1999-11-19 | 2004-02-17 | Litton Systems, Inc. | Method and system for manufacturing a photocathode |
RU2248066C1 (ru) * | 2003-11-06 | 2005-03-10 | Научно-исследовательский институт физики им. В.А. Фока Санкт-Петербурского государственного университета | Способ изготовления фотополевого катода |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЮПАШЕВСКИЙ А.В. Исследование и разработка устройства контроля и управления формированием мультищелочных фотокатодов. Наука. Технологии. Инновации: сб. науч. тр.: в 9 ч., Новосибирск, 3-7 дек., 2018, НГТУ, 2018, ч. 6, с. 168-174. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3150992B1 (en) | Inverse photoelectron spectroscopy device | |
RU2807302C1 (ru) | Способ регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия | |
JP3790548B2 (ja) | フローティング・ゲートが有るmosfetを含む受光素子 | |
US4367404A (en) | Reduction of hysteresis in photomultiplier detectors | |
Keene | Fatigue and saturation in photomultipliers | |
US3894233A (en) | Ion microprobe analyzer | |
Marshall et al. | The Photomultiplier X‐Ray Detector | |
Land | A discussion of the region of linear operation of photomultipliers | |
CN109273345B (zh) | 非接触物体表面电荷光电倍增管放大器 | |
US4868380A (en) | Optical waveguide photocathode | |
Mörmann et al. | On the efficient operation of a CsI-coated GEM photon detector | |
US4963113A (en) | Method for producing photomultiplier tube | |
US3011390A (en) | Optical linear condensation nuclei device | |
RU221588U1 (ru) | Устройство регистрации фотоэмиссионного и термоэмиссионного токов в процессе формирования фотоэмиссионного и/или вторично-эмиссионного покрытия | |
Wright | An investigation of photomultiplier background | |
US3218460A (en) | Stabilized scintillation counter using photomultiplier | |
Hillert | The time dependence of the sensitivity of photomultiplier tubes | |
Burroughs | Collection efficiency of continuous dynode electron multiple arrays | |
US4709140A (en) | High speed light detection tube | |
JPWO2003098658A1 (ja) | 光電子増倍管及びその使用方法 | |
Pietri | Progress in photomultiplier tubes for scintillation counting and nuclear physics | |
US4147929A (en) | Optical photoemissive detector and photomultiplier | |
JP2005243554A (ja) | 光電子増倍管 | |
US2689313A (en) | Photosensitive cell | |
Mizuguchi | Single photon counting |