Способ изготовления фотоэлектронного умножителя с фотокатодом на основе монокр исталлического gaas

Способ изготовления фотоэлектронного умножителя с фотокатодом на основе монокр исталлического gaas

Реферат

 

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектронных-умножителей (ФЭУ) с фотокатодом (ФК)на основе монокристаллического GaAs. Целью изобретения является увеличение импульсного анодного тока ФЭУ при сохранении стабильности чувствительности ФК и коэффициента усиления ФЭУ. После термического обезгаживания прибора при комнатной температуре на стенки колбы напыляют калий, повышают температуру до 230^o С и выдерживают умножительную систему (УС) в парах калия до падения темнового тока между любой парой динодов на 1 - 1,5 порядка, затем аналогично проводит обработку УС в парах цезия при 200^oС, затем многократную одностадийную активировку ФК цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности и электронное обезгаживание УС путем засветки ФК импульсами света при анодном токе в 1,5 - 2 раза больше рабочего, после чего проводят однократную одностадийную активировку ФК.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) с фотокатодами на основе материалов с отрицательным электронным сродством (ОЭС), в частности, на основе монокристаллического GaAs. Целью изобретения является увеличение импульсного анодного тока ФЭУ при сохранении стабильности чувствительности фотокатода и коэффициента усиления ФЭУ. П р и м е р. Прибор откачивают до получения вакуума 5-10⁷ тор, обезгаживают при ступенчатом подъеме температуры 100-350^oС и вакууме не хуже (1-3)10^-6 тор в течение 20 ч и при температуре 380-410 ^oС в течение 10-12 ч при вакууме не хуже (2-3)10^-7 тор. Обезгаживают источники калия, цезия и кислорода в течение 2-3 ч при токе накала 1,5-2,5 А для диспенсорных источников цезия и калия и 1-1,4 А для источника кислорода. Затем проводят активировку умножительной системы. Сначала на стенку колбы ФЭУ при комнатной температуре напыляют калий, повышают температуру прибора до 230^oС и обрабатывают умножительную систему в парах калия. Одновременно контролируют темновой ток между любой парой динодов. При его падении на 1-1,5 порядка обработка умножительной системы в парах калия заканчивается. Затем при комнатной температуре на стенку колбы напыляют цезий, повышают температуру до 200^oС и обрабатывают умножительную систему в парах цезия до падения темпового тока на 1-1,5 порядка. Такая величина темнового тока способствует получению максимальной чувствительности фотокатода при минимальных токах утечки и отсутствию электрического пробоя при подаче на электроды ФЭУ высоких напряжений питания. Затем ФЭУ охлаждают до комнатной температуры. При достижении вакуума не хуже 210^-9 тор осуществляют одностадийную активировку фотокатода следующим образом. Монокристалл GaAs прогревают лучевым нагревом при температуре 580-600^oС в течение 5 мин, охлаждают до комнатной температуры, поочередно (напыляют цезий и осаждают кислород. Активировку проводят многократно 4-7 раз до получения максимальной чувствительности фотокатода. После этого осуществляют электронное обезгаживание ФЭУ в импульсном режиме. Для этого на анод ФЭУ подают рабочее напряжение 1,8 кв. на делитель питания динодов напряжение 5 кВ. Фотокатод освещают импульсным источником света длительностью световой вспышки 0,5 мкс до анодного тока 1,7 А. Длительность импульса света в рабочем режиме ФЭУ составляет 20 нc. При этом умножительная система бомбардируется электронами и обезгаживается. Во время электронной бомбардировки фиксируется изменение давления в приборе, а на экране с осциллографа регистрируется импульс выходного анодного тока ФЭУ, амплитуда которого достигает 1,5-2 А. Электронная бомбардировка заканчивается, когда число импульсов превышает рабочий ресурс ФЭУ примерно в два раза, а давление в приборе возвращается к первоначальному. После электронного обезгаживания осуществляют однократную одностудийную активировку GaAs фотокатода, и герметизируют ФЭУ методом "холодного отпая". Изготовленные предложенным способом ФЭУ с фотокатодами на основе монокристаллического GaAs имеют стабильную спектральную чувствительность фотокатода на длине волны 850 нм, равную 40 мА/Вт при импульсных анодных токах до 1 А и коэффициент усиления порядка 510⁵- 6 10⁶ при 10 каскадной умножительной системе. Одностадийная активировка фотокатода в отличие от двухстадийной, применяемой по известному способу, заключается в очистке кристалла GaAs при температуре 600 20^oС 5 мин, охлаждении до комнатной температуры и и активировке фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности фотокатода. GaAs фотокатоды, сформированные таким способом, менее подвержены отравлению при больших токах фотокатода, чем сформированные при двухстадийной активировке, у которых в процессе их формирования изменяется стехиометрия слоя Cs О, следствием чего является быстрое уменьшение фотоэмиссии таких катодов. Токи СаАэ фотокатодов порядка 1 10^-6 А не вызывают деградацию фотокатодов, сформированных при одностадийной активировке, но разрушают фотокатоды, сформированные при двухстадийной активировке. Кроме того, для обеспечения стабильности чувствительности GaAs фотокатодов при больших импульсных анодных токах необходимо создать в объеме ФЭУ определенное парциальное давление паров щелочного металла, которое не должно меняться при работе ФЭУ. Если требуемое парциальное давление в приборе создавать только за счет паров цезия, то при прохождении импульсов анодного тока молекулы цезия с последних динодов и анода мигрируют в прикатодную область, повышая там парциальное давление, что ухудшает стабильность чувствительности фотокатода. По предлагаемому способу необходимое парциальное давление создается парами цезия и калия. Так как калий является менее летучим щелочным металлом, чем цезий, то при прохождении больших импульсных анодных токов его молекулы не мигрируют в прикатодную область, а следовательно не увеличивают в ней парциальное давление, что способствует формированию CaAs фотокатодов со стабильной чувствительностью. Экспериментально было получено, что лучший результат наблюдается в ФЭУ, умножительная система которых обрабатывается в парах калия при температуре 230 10^oС. а в парах цезия при температуре 200 10^oС. При повышении температуры калия при обработке умножительной системы более 240^oС наблюдается уменьшение коэффициента усиления ФЭУ. а при температуре менее 220^oС в объеме прибора могут остаться излишки щелочного металла, которые при подаче на электроды ФЭУ высокого напряжения будут вызывать электрический пробой. Аналогичные явления наблюдаются в ФЭУ, умножительная система которых обрабатывалась в парах цезия при температурах соответственно больше 210^oС и меньше 190^oС. Обработка умножительной системы ФЭУ в парах калия и цезия способствует увеличению коэффициента усиления ФЭУ, что было подтверждено экспериментально. Необходимое парциальное давление паров калия и цезия контролируют по величине темнового тока между любой парой динодов. После достижения в приборе требуемого парциального давления и необходимого коэффициента усиления умножительную систему подвергают электронной бомбардировке, режим проведения которой превышает рабочий режим ФЭУ. При электронной бомбардировке из умножительной системы удаляются кислородсодержащие газы, 0₂, СО, CO_z, которые наиболее сильно отравляют фотокатод на основе GaAs в процессе работы ФЭУ. По предложенному способу в отличие от известного электронное обезгаживание осуществляют в импульсном режиме при токе, превышающем рабочий ток ФЭУ, что способствует дальнейшей работе ФЭУ при больших импульсных анодных токах. Величина тока, при котором проводят электронное обезгаживание, выбрана экспериментально и превышает рабочий ток ФЭУ в 1,5-2 раза. При меньших токах не происходит глубинное обезгаживание умножительной системы, необходимое для обеспечения длительной стабильной работы ФЭУ. При больших токах происходит сильный нагрев последних динодов, что может привести к разрушению полупроводникового покрытия динодов и. как следствие уменьшению вторичной эмиссии последних каскадов.

Формула изобретения

Способ изготовления фотоэлектронного умножителя с фотокатодом на основе монокристаллического GaAs, включающий термическое обезгаживание фотоэлектронного умножителя, многократную активировку фотокатода цезием и кислородом, электронное обезгаживание умножительной системы, отличающийся тем, что, с целью увеличения импульсного анодного тока при сохранении стабильности чувствительности фотокатода, после термического обезгаживания фотоэлектронного умножителя умножительную систему обрабатывают в парах калия при температуре 230 10° С до падения темнового тока между любой парой динодов на 1-1,5 порядка, охлаждают до комнатной температуры, обрабатывают умножительную систему в парах цезия при температуре 200 10° С до падения темнового тока между любой парой динодов на 1-1,5 порядка, охлаждают до комнатной температуры, после чего проводят многократную одностадийную активировку фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности, осуществляют электронное обезгаживание умножительной системы в импульсном режиме путем засветки фотокатода импульсами света при анодном токе, превышающем рабочий ток ФЭУ в 1,5-2 раза, после чего проводят однократную одностадийную активировку фотокатода цезием и кислородом до получения максимальной чувствительности.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000