Способ изготовления автофотокатода
Патент 765906
Авторы
Классы МПК
Способ изготовления автофотокатода
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
«i>765906 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 011 177 (21) 25 3997 4/18-25 (51)М К 3
Н 01 Т 9/02
Н Ol Х 1/30 с присоединением заявки №
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 230980.,Бюллетень ¹ 35
Дата опубликования описания 2309.80 (53) УДК 621. 385. .032.212(088.8) (72) Авторы изобретения
Н.В. Милешкина и Н.И. Дьяконова г
Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного
Знамени государственный университет им, A.A,Æäàíoâà (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОФОТОИ ТОДА
Изобретение относится к электрон вой технике, Известны способы изготовления автофотокатодов из полупроводниково- 5 го материала (1$.. Однако они не позволяют изменить фоточувствительность автофотокатода в рабочем при« боре и трудоемки в исполнении.
Известен способ изготовления авто- 1О фотокатода, заключающийся в изготовлении острий из полупроводникового материала и электрохимическом их травлении (2), Однако этот способ не повыаает фото и термочувствительность готового автофотокатода, которая определяется объемными электрофиэическимн параметрами исходного полупроводникового материала. для изготовления 2р нового автофотокатода с нужной фоточувствительностью требуется повторить трудоемкую операцию его изготовления причем подбор исходного полупроводникового материала затруднен.iтем, что электрофизические параметры полупроводника в рабочих условиях сильного. электрического поля существенно отличаются от паспортных данных.
Поэтому последние не могут служить надежньм критерием правильности выбора.
Целью изобретения является повышение фоточувствительности автофотокатода.
Поставленная цель достигается тем, что в существующем способе изготовления автофотокатодов, заключающемся в изготовлении острий иэ полупроводникового материала и электрохимическим их травлении, змиттирующую поверхность автофотокатода очищают до атомарно чистой, охлаждают до температуры жидкого азота и подвергают экспозиции в атмосфере кисло- рода до момента прекращения изменения вольтамперных характеристик автофотокатода, после чего производят откачку. В частности, очищенную и охлажденную эмиттирующую поверхность авто фоток атода, например, и з германия, подвергают экспозиции 10 + 10 мм рт.ст,мин.
Очистку эмиттнрующей поверхности до атомарно чистой можно производить методом десорбции полем в вакууме, обеспечивающем сохранение чистоты поверхности на время экспозиции в атмосфере кислорода.
76590б
Предлагаемый способ отличается от известного.тем, что для получения заданной фоточувствительности автофотокатода используются электронные свойства его эмиттирующей поверхности, а не объемные свойства полупроводникового материала.
Автокатод может работать как автофотокатод, если его вольтамперная характеристика (ВАХ) имеет участок насыщения, т.е. ток эмиссии слабо зависит или не зависит совсем от .величины приложенного электрического поля, В этом случае эмиссионный ток ограничивается не прозрачностью.потенциального барьера полупроводник — вакуум, а скоростью генерации носителей тока в автофотокатоде.
Подобно случаю р-п перехода, ток насыщения автокатода I состоит из генерационного тока в объеме Iц полупроводника и на поверхности I
5 I а также диффузионного тока Хдк эмиттирующей поверхности автокатода.
Скорость объемной генерации носителей 9> определяется освещением полупроводника (соответственно g ) и его температурой (скорость тепловой генерации соответственно обозначим 9 ), а также скоростью генерации носителей тока сильным электрическим полем gó
90 = 9А + 9т + 9Г
В зависимости оТ условий, величина I может определяться либо объемом Е, либо поверхностными явлениями ? . Однако роль поверхности автокатода в формировании не учитывалась.
Зависимость тока насыщения ВАХ Io от состояния эмиттирующей поверхности дает возможность управления генерационным током катода, а следовательно, и его фото- и термочувствительностью, путем поверхностных воздействий, без изготовления нового катода, действительно, генерационный ток
I пропорционален скорости поверхностной рекомбинации S и если при адсорбции изменяется S> меняется соответственно и величина Ig. Это рассмотрение является общим для по-! лупроводниковых автокатодов, Для частного случая адсорбции кислорода обнаружено существенное уменьше-! ние I для автокатода из германия.
Предлагаемый способ изготовления автофотокатода проверен для близкого по электрофизическим свойствам к германию кремния, а также для существенно отличного как по типу решетки, так и по автоэмиссионным и электрофизическим свойствам сернистого кадмия и дал положительный результат, Это позволяет предположить, что он годится и для других полупроводниковых материалов ° По существу, предлагаемый способ сводится к уменв шению генерационного тока I- для произвольного ?ч. Очистка поверхноф сти любого полупроводника до атомарно чистой ведет к уменьшению числа поверхностных дефектов и снижает число генерационно-рекомбинационных центров поверхности, ответственных за Хз. Операция охлаждения также является универсальной для уменьшения генерационно-рекомбинационной способности поверхности, которая пропорциональна е р(- ф, . где Q - -энергия активации процес15 са.
Адсорбция кислорода, универсального акцептора, умзньшая плотность поверхностных состояний полупроводника n+, также ведет к уменьшению
20 I, Перечисленные причины позволяют считать очистку поверхности автокатода, ее охлаждение и адсорбцию кислорода на ней универсальными операциями, ведущими к повышению фотод5 и термочувствительности автофотокатода.
Оптимальной температурой охлаждения является температура жидкого азота (10 ): меньшее охлаждение менее эффективно в соответствии со статистикой Больцмана, а более глубокое охлаждение (до гелиевых температур) затягивает процесс адсорбционных воздействий на несколько суток без заметного улуч35 шения фоточувствительности, В предлагаемом способе операции очистка поверхности, ее охлаждение и адсорбция кислорода должны выполняться в указанной последовательности, на40, рушение этой последовательности затрудняет применение способа, Например, первоначальное охлаждение затрудняет очистку поверхности не только способом высокотемпературно45 го нагрева, но и методом десорбции полем, увеличивая в 7- .,10 раз значение,поля десорбции.
Пример, Изготовление автофотокатода проводят из Ga, легированного Hg, Я = 15 ом см;" . Иеханической обработкой изготовляют острие в крис таллографичес ком направлении <011>,. Электрохимическое травление кончика острия цроводят в cp - 4а. Острие помещают в экспериментальную лампу, которуЬ откачивают на вакуумной установке до 10 9+
1О
10 мм рт.ст. В таких вакуумных условиях проводят очистку эмиттирующей поверхности путем десорбцин сильным полем до появления известного симметричного изображения атомарно чистой поверхности германия на экране. Затем проводят заливку жидкого азота, охлаждение автокато,уа, На чертеже представлена BAX
765906,автофотокатода кривой 1, После этого производят напуск кислорода в экспериментальную лампу с помощью серебряного натекателя.
После экспозиции автофотокатода в атмосфере кислорода (прн р =
= 5-10 мм рт.ст., t = 20 мин ) производят откачку кислорода бариевым и молибденовым геттерами. ВАХ после экспозиции в кислороде представлена на чертеже кривой 2.
Из чертежа видно, что ток насыще,ния Х уменьшился более, чем в 10 раз, а значит, соответственно, sosросла фото- и термочувствительность автофотокатода, Возрастание фоточувствительности представлено на чертеже дополнительно: значение тока,обозначенное точкой 4 при выбранном анодном йапряжении (обозначено вертикальной линией), показывает влияние освещения на кривую l, а значение тока, обозначенное точкой р, показывает влияние освещения тем же источником света при том же анодном напряжении на кривую 2 (освещение проводилось рассеянным светом от 100 вт. лампы накаливания на расстоянии 50 см от . вершины острия), Аналогичный результат получился при р = 10 4-ыл рт, ст. и t = 1 мин а также при р = 10"бмм рт,ст. и — 10 мин . т,е. результирующая
ВАХ< кривая 2, определяется произве- . дением давления кислорода на время, т,е, экспозицией в атмосфере кислорода. При pwt)>10 1мм рт.ст. мин.; наступает насыщение изменений ВАХ, а при рх t<10 мм рт.ст. мин: BAX располагается между кривой 2 и кривой 1, соответственно, наблюдается и меньшее возрастание фоточувствительности автофотокатода.
Предлагаеьий способ изготовления автофотокатодов повышает их фотои термочувствительность более, чем в 10 раз. Он отличается простотой выполнения, стабильностью получаемых результатов. Операции выполняются в рабочем приборе, когда уже определены параметры автофото катода, что дает возможность серийного изготовления катодов с заданной фоточувствнтельностью, в то время, как в известном способе изготовления катодов ведется вслепую, ибо подбор осуществляют до условий работы.
Так как область фоточувствительности автофотокатода определяется, в основном, величиной запрещенной зоны полупроводника, то особенно перспективным представляется применение предложенного способа изготовления автофотокатодов (иэ германия и более узкозонных полупроводников) при использовании их для регистрации излучения в ИК; — об- ласти спектра,, где быстродействующие фотоприемники в настоящее время практически отсутствуют.
Формула изобретения
1. Способ изготовления автофотокатода, заключающийся в изготОвлении острий из полупроводникового мате-.
75 риала и электрохнмическом их травлении, о ò ë è ч а ю шийся тем, что, с целью повышения фото- и тер" мочувствительности, после травления змиттирующую поверхность автофотокатода очищают до атомарно чистой, охлаждают до температуры жидкого азота, подвергают экспозиции в атмосфере кислорода до момента прекращения изменения вольтамперных характе« ристик автофотокатода, после чего
З5 производят откачку.
2. Способ по п, 1, о т л и ч а юшийся тем, что эмиттирующую поверхность автофотокатода из германия.. подвергают экспозиции 10 + 10
40мм рт.ст. мин.
Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Ненакапливаеьые катоды. Под ред. М,И, Елинсона. М., "Сов. радио, gg 1974, с. 237 .
2, Фишер Р. и Нойманн Х. Автоэлектронная эмиссия полупроводников, М., Наука, 1971, с, 74-77 (прототип) .
И59ОЬ
ФЯ (w u>O 0
Составитель Г, ЖУкова
Редактор И. БахметьЕва Техред М. Левицкая IКорре тор Ю. Макаренко
Заказ 6521/49 Тираж 844 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35 Раушская наб,, д, 4/5
Ь
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4