Фотоэлектронная эмиссия. Эффективные фотокатоды (стр. 3 из 7)
т.е. при заданной частоте
и одном и том же металле коллектора-анода вольт-амперные характеристики для различных металлических эмиттеров начинаются из одной и той же точки на оси абсцисс.Вольт-амперная характеристика на участке тормозящего поля представляет собой интегральную кривую распределения электронов по энергиям. В самом деле, абсциссы этой кривой в некотором масштабе равны энергии электрона, а анодный ток, отложенный по оси ординат:
Ia=e
,где dNW-число электронов с энергиями в интервале от Wдо W+dW.Анодный ток Ia, таким образом, пропорционален числу электронов, энергии которых превращают величинуW1=eUa. Кривая, выражающая связь между энергией W1 и числом частиц, имеющих энергию, превышающую W1, называется интегральной кривой распределения, Чтобы получить обычную кривую распределения, нужно продифференцировать графически интегральную кривую распределения. Это сделано на рис.5
рис 5.
для интегральной кривой, измеренной при
Как видно, максимальные энергии фотоэлектронов для металла, даже при освещении ультрафиолетовым светом, только немного превышают 1эв, а наиболее вероятная энергия (максимум кривой), грубо говоря, вдвое меньше.Фотографические свойства эмиттеров принято характеризовать несколькими величинами. Величина
называется чувствительностью катода. В этой формуле j-падающий на фотокатод поток лучистой энергии определенной длины волны, а 
— фототок, вызванный этим потоком. Умножая числитель и знаменатель на время t, получим в числителе количество электричества, унесенное фототоком за время t, а в знаменателе —энергию, упавшую за то же время на фотокатод. Обычно чувствительность измеряют в кулонах на калорию (к.кал -1). Чувствительность фотокатода можно также выразить в виде отношения числа электронов nе испускаемых фотокатодом, к числу фотонов n р, упавших на его поверхность за то же время. Величину nen р называют квантовым выходомY, т.е. 
В этом случае размерность - электрон на квант (эл/кв). Если часть энергии излучения, упавший на фотокатод, отражается от него или проходит насквозь, то для оценки эффективности фотокатода физически более целесообразно его чувствительность относить не к падающей, а к поглощенной энергии (или в случае квантового выхода, не к числу падающих, а поглощенных квантов энергии ). Чувствительность фотокатода и квантовый выход зависят от длины волны
падающего излучения. Зависимости 
и или же 
называются спектральными характеристиками фотокатода.Практически для фотоэлементов больший интерес представляет полный фототок, возникающий при освещении сплошным спектром, даваемым раскаленным телом, например, спиралью лампы накаливания. Характеристика фотокатода в этом случае называется интегральной чувствительностью (размерность в микроамперах на люмьен (мкл.лм -1)).Интегральная чувствительность, очевидно, определяется спектральной характеристикой фотокатода и спектральным составом излучения. Обычно интегральная чувствительность фотокатода определяется при использовании стандартного источника облучения. Таким источником является вольфрамовая нить накала лампы при температуре ее, равной 2770К (яркостная температура при этом равна 2848К ).
Рассмотрим кратко основы экспериментальной техники фотоэлектрических измерений. Для определения зависимостей
требуется получение монохроматических потоков излучение различных длин волн и измерение их интенсивности. Тип источника излучения зависит от исследуемой спектральной области. В видимой части спектра 
(1.5 эв 
3, 1эв) обычно пользуются лампами накаливания, дающий непрерывный спектр. В области ближнего ультрафиолета ( 
) ;(3, 1эв 
5, 63 ) широкое распространение имеет ртутная кварцевая лампа, излучающая линейчатый спектр, содержащий большое количество спектральных линий. В области вакуумного ультрафиолета
(6, 2эв 
12, 3эв), как правило, используется искровой разряд.(это область спектра получило свое название в связи с тем, что излучение этих волн сильно поглощается в воздухе. Поэтому работать с этими излучениями этих длин волн можно лишь в аппаратуре, в которой давление воздуха меньше 10 -4-10 -5тор.). Монохроматизация излучение длин волн, больших 1200 
, может быть осуществлена с помощью призменных спектрографов. При этом в качестве оптических материалов в видимой части спектра используется обычно стекло, в области ближайшего ультрафиолета до 
кварц. Могут применятся и другие материалы, например, кристаллы NaCl.В интервале длин волн 
используются кристаллы LiF. Излучение с более короткими длинами волн 
поглощается любыми известными оптическими материалами. Поэтому проведение исследований в коротковолновой области вакуумного ультрафиолета требует использования спектрографов с отражающими диспергирующими системами, например, с вогнутой дифракционной решеткой. Измерение интенсивностей потоков излучения обычно осуществляется с помощью специально калиброванных термопар, термостолбиков и фотоумножителей. В ряде случаев абсолютные значения фототоков при использующихся интенсивностях излучения малы и их измерение требует применения высокочувствительных измерителей тока. В ряде случаев абсолютные значения фототоков при данных интенсивностях излучения малы и их измерение требует применения высокочувствительных измерителей тока. Рассмотрим результаты экспериментальных исследований спектральных характеристик фотокатодов из массивных металлов. Для щелочных, а также некоторых щелочноземельных металлов красная граница лежит в видимой части спектра ; для подавляющего же большинства металлов она находиться в ультрафиолетовой области. Более детальные исследования фотоэффекта с различных металлов показали, однако, что при T>0 резкой красной границы не существует. В действительности фототок в области 
, близких к 
, асимптотически приближается к нулю и определение 
из экспериментальной зависимости 
, строго говоря, выполнено быть не может. Лишь специальная математическая обработка экспериментальных данных позволяет найти 
. Отсутствие резкой красной границы при Т > 0 легко понять, если учесть распределение по энергиям электронов внутри твердого тела. Пренебрежение величиной, 
.сделанное выше, является точным лишь при Т=0.При Т > 0 величина 
может быть больше нуля. Это приведет, во-первых, к фотоэффекту электронов с уровней энергии E > – 
, который может происходить и при 
, а во-вторых, к наличию в фотоэмиссии электронов с кинетическими энергиями, большими, чем. 
. Однако число электронов в металле с энергиями 
мало. Поэтому и вероятность фотоэлектрического поглощения при 
мала, и фототок также мал. При для всех металлов их квантовый выход возрастает при увеличении 
; около красной границы рост фототока определяется зависимостью