Способ изготовления автофотокатода Советский патент 1980 года по МПК H01J9/02 H01J1/30 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОФОТОКАТОДА

Изобретение относится к электрон ной технике.

Известны способы изготовления автофотокатодов из полупроводниково- 5 го материала 1, Однако они не позволяют изменить фоточувствительность автофотокатода в рабочем приборе и трудоемки в исполнении.

Известен способ изготовления авто- Q фотокатода, заключающийся в изготовлении острий из полупроводникового материала и электрохимическом их травлении 23.

Однако этот способ не повьшает фото к термочувствительность готового автофотокатода, которая определяется объемными электрофизическими параметрами исходного полупроводникового материала. Для изготовления 20 нового автофотокатода с нужной фоточувствительностью требуется повторить трудоемкую операцию его изготовления причем подбор исходного полупроводникового материала затруднен. тем, 25 что электрофизические параметры полупроводника в рабочих услознях сильного, электрического поля существенно отличаются от паспортньк данных. Поэтому последние не могут служить Q

надежным критерием правильности выбора.

Целью изобретения является повышение фоточувствительности автофотокатода .

Поставленная цель достигается тем, что в существующем способе изготовления автофотокатодов, заключающемся в изготовлении острий из полупроводникового материала и электрохимическим их травлении эмиттирующую поверхность автофотокатода очищают до атомарно чистой, охлаждаю до температуры жидкого азота и подвергают экспозиции в атмосфере кислорода до момента прекращения изменения вольтамперных характеристик автофотокатода, после чего производит о каГчку. В частности, очищенную и охлажденную эмиттирующую поверхность авточ фотокатода, например, из германия, подвергают экспозиции рт.ст.мин.

Очистку эмиттирующей поверхности до атомарно чистой можно производить методом десорбции полем в вакууме, обеспечивающем сохранение чистоты поверхности на время экспозиции в атмосфере кислорода.

Предлагаемый способ отличается о известного.тем, что для получения заданной фоточувствительности автоФотокатода используются электронные свойства его эмиттирующей поверхности, а не объемные свойства полупроводникового материала.

Автокатод может работать как автФотокатод, если его вольтамперная характеристика (ВАК) имеетучасток 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 автокатодаIP состоит из генерационного тока в объеме 1у полупроводника и на поверхности Ig, а также диффузионного тока эмиттирующей поверхности автокатода Скорость объемной генерации носителей дц определяется освещением полупроводника (соответственно gji ) и его температурой (скорость тепловой генерации соответственно обозначим д.) , а также скоростью генерации носителей тока сильным электрическим полем д:

эи g«L + т + 5р

в зависимости от условий, величина IP может определяться либо объемом1у, либо поверхностными явлениями Ig. Однако роль поверхности автокатода в формировании 1 не учитывалась.

Зависимость тока насыщения ВАХ 1о 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 1 пропорционален скорости поверхностной рекомбинации S, и если при адсорбции изменяется S, меняется соответственно и величина Ig. Это paccivraTpeHHe является общим для пОлупроводниковых автокатодов, Для частного случая адсорбции кислорода обнаружено существенное уменьше-; ние Ig для-автокатода из германия.

Предлагаемой 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,

предлагае1-яь1й способ сводится к умен шению генерационного тока для произвольного 1. Очистка поверхности любого полупроводника до атомарно чистой ведет к уменьшению числа поверхностных дефектов и снижает число генерационно-рекомбинационных центров поверхности, ответственных за Ig. Опера хия охлаждения также является универсальной для уменьшения генерационно-рекомбинационной способности поверхности, которая пропорциональна

еЧ- io),

где Q - энергия активации процесса.

Адсорбция кислорода, универсального акцептора, у№ньшая плотность поверхностных состояний полупроводтакже ведет к уменьшению

ника п.

0 Ig. Перечисленные причины позволяют считать очистку поверхности автокатода, ее охла5{щение и адсорбцию кислорода на ней универсальными операциями, ведущими к повышению фотои термочувствительности автофотокатода .

Оптимальной температурой охлаждения является температура жидкого азота ( ± Ю): 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 улучшения фоточувствительности, В предлагаемом способе операции очистка поверхности, ее охлаждение и адсорбция кислорода должны выполняться в указанной последовательности, на рушение этой последовательности затрудняет применение способа. Например, первоначальное охлаждение затрудняет очистку поверхности не только способом высокотемпературного нагрева, но и методом десорбции полем, увеличивая в раз значение .поля десорбции.

При мер. Изготовление авто- фотокатода проводят из Qe , легированного Нд, Si 15 ом см.- . Механической обработкой изготовляют острие в кристаллографическом направлении 011,. Электрохимическое травление кончика острия проводят в ср - 4а. Острие помещают в экспериментальную лампу, KOTOpyk) откачивают на вакуумной установке до рт.ст. В таких вакуумных условиях проводят очистку эмиттирующей поверхности путем десорбции сильным полем до появления известного симметричного изображения атомарно чистой поверхности германия на экране. Затем проводят заливку жидкого азота, охлаждение автокато5 а. На чертеже представлена ВАХ

втофртокатода кривой 1, После этого производят напуск кислорода в экспериментальную лампу с помощью серебряного натекателя.

После экспозиции автофотокатода в агцмосфере кислорода (при р рт.ст. t 20 мин ) производят откачку кислорода бариевым и молибденовым геттерами. ВАК после экспозиции в кислороде предст влена на чертеже кривой,2. Из чертежа видно, что ток насыщения 1д уменьшился более, чем в 10 раз, а значит, соответственно, возросла фото- и тёрмочувствительность автофотокатода. Возрастание фотоувствительности представлено на чертеже дополнительно: значение тока,обозначенное точкой d при выбранном анодном напряжении (обозначено вертикальной линией), показывает влияние освещения на кривую 1, а значение тока, обозначенное точкой Ь , 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 -4M:vi рт, ст. и t 1 мин, а также при р рт.ст. и t 10 т.е. результирующая БАХ, кривая 2, определяется произведением давления кислорода на время, т.е. экспозицией в атмосфере кислорода. При мм рт.ст. мин. наступает насыщение изменений ВАК, а при рх рт.ст. мин - ВАК располагается между кривой 2 и кривой 1, соответственно, наблюдается и меньшее возрастание фоточувствительности автофотокатода.

Предлагаекий способ изготовления автофотокатодов повышает их фотои термочувствительность более, чем в 10 раз. Он отличается простотой выполнения, стабильностью получаеMijx результатов. Операции выполняются в рабочем приборе, когда уже определены параметры автофотокатода, что дает возможность серийного изготовления катодов с заданной фоточувствительностыо, в то время, как в известном способе изготовления катодов ведется вслепую , ибо подбор осуществляют с 1до условий работы.

Так как область фоточувствктельности автофотокатода определяется, в основном, величиной запрещенной зоны полупроводника, то особенно

перспективным представляется применение предложенного способа изготовления автофотокатодов (из германия и более узкозонных полупроводников) при использовании их для регистрации излучения в ИК - области спектра,, где быстродействующие

фотоприемники в настоящее время практически отсутствуют.

20

Формула изобретения

5 риала я электрохимическом их травлении, отличающийс я тем, что, с целью повышения фото- и термочувствительности, после травления эмиттирующую поверхность автофотока.. тода очищают до атомарно чистой, охлазкдают до температуры жидкого азота, подвергают экспозиции в атмосфере кислорода до момента прекращения изменения вольтамперных характеристик автофотокатода, после чего производят откачку.

0мм рт.ст. мин.

Источники.информации, принятые во внимание при экспертизе

51974, с. 237.

5

П

wf

ts

- .5

3,5

( (