фотокатод

Формула изобретения

1. Фотокатод, состоящий из прозрачной для света диэлектрической подложки и тонкого фотоэмиссионного слоя, покрывающего обращенную в вакуум сторону подложки, покрытая фотоэмиссионным слоем поверхность которой выполнена рельефной, содержащей непрерывную систему «впадин» в материале подложки, отличающийся тем, что рельеф подложки выполнен в виде системы одинаковых по размерам «впадин» и участков гладкой полированной поверхности между «впадинами», причем части покрывающего подложку фотоэмиссионного слоя, расположенные на боковых поверхностях «впадин» выполнены с сопротивлением, превышающим сопротивление частей этого слоя, помещенных на гладкую часть поверхности подложки и на дно «впадин», но имеющими меньшее сопротивление, чем материал подложки, а части фотоэмиссионного слоя, расположенные на участках гладкой полированной поверхности подложки электрически связаны между собой, образуя общий низкоомный сетчатый электрод с размерами ячейки, не превышающими размер устьев «впадин», выходящих на гладкую поверхность подложки, при этом оси устьев «впадин» и ячеек низкоомного сетчатого электрода совпадают.

2. Фотокатод по п.1, отличающийся тем, что максимальная площадь поперечного сечения донных частей «впадин» в подложке фотокатода выполнена не превышающей площадь элемента изображения, проецируемого на фотокатод.

3. Фотокатод по п.1, отличающийся тем, что на диэлектрической подложке под фотоэмиссионным слоем, расположенным на дне «впадин», помещена проводящая прозрачная пленка, под фотоэмиссионным слоем, расположенным на гладкой части поверхности подложки, помещена непрозрачная высокопроводящая пленка, а пленка, находящаяся на боковых поверхностях «впадин», выполнена из непрозрачного не фотоэмиссионного высокоомного материала, величина сопротивления которого меньше сопротивления материала подложки, но превышает сопротивление частей фотоэмиссионной пленки, расположенных на гладкой части поверхности подложки и на дне «впадин».

4. Фотокатод по п.1, отличающийся тем, что прозрачная диэлектрическая подложка фотокатода выполнена в виде волоконно-оптической пластины (ВОП) с вытравленными частично световодными жилами таким образом, что на оптически отполированном торце волоконно-оптической пластины создана система «впадин» необходимой глубины, на которую нанесена тонкая полупрозрачная пленка фотоэмиссионного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области компонентов конструкций фотоэлектронных приборов, а именно к фотокатодам на «рельефных» подложках - элементам, преобразующим световой поток в электронный, которые широко используются в качестве входных преобразователей свет-электрон фотоэлектронных приборов, таких как электронно-оптические преобразователи, фотоэлектронные умножители и т.п., а более конкретно помимо этого одновременно к фотокатодам на основе фотоэмиссионных мозаик с накоплением заряда под действием электромагнитного излучения.

Фотокатод является входным узлом фотоэлектронного прибора, который принимает и преобразует световую информацию в электрический сигнал в виде пространственно модулированного электронного потока, который на последующих элементах фотоэлектронного прибора подвергается усилению и другому преобразованию с целью получения на его выходе оптического или электрического сигнала необходимого качества. Фотокатод является линейным преобразователем света в электронный поток в том смысле, что величина электронного тока на выходе фотокатода прямо пропорциональна величине светового потока, падающего на фотокатод. Это фундаментальное свойство фотокатода, с одной стороны, является его достоинством, поскольку позволяет без искажения преобразовывать малые и средние перепады освещенностей на фотокатоде в пропорциональные перепады электрических сигналов. И в этом случае важнейшей характеристикой фотокатода является его чувствительность, которая характеризует эффективность преобразования квантов света в электронный поток. Чем больше электронов на каждый поглощенный фотокатодом квант падающего света эмитируется из фотокатода, или чем больше фотоэмиссионный ток на входе фотоэлектронного прибора образуется, тем выше качество фотокатода. Достижение высокой фотоэмиссионной чувствительности - основная задача технологии фотокатода.

С другой стороны, при больших освещенностях это свойство приводит к перегрузке последующих за фотокатодом каналов фотоэлектронного прибора или даже к разрушению самого фотокатода и последующих элементов этого прибора за счет протекания слишком больших токов. Последнее обстоятельство вынуждает даже устанавливать в фотоэлектронных приборах с высокоэффективным фотокатодом автоматические системы регулировки усиления, которые защищают элементы этого прибора от токовой перегрузки при больших освещенностях на фотокатоде. Кроме того, часто в цепь фотокатода включают большое (порядка нескольких ГОм) сопротивление, за счет падения напряжения на котором ограничивают энергию уходящих с него фотоэлектронов.

Наибольшее распространение получили полупрозрачные тонкопленочные фотокатоды, работающие на «просвет». Эти фотокатоды, как известно, изготавливаются либо на гладких, либо на рельефных внутренних поверхностях входных окон фотоэлектронных приборов [Н.А.Соболева, А.Е.Меламид. Фотоэлектронные приборы. М., Высшая школа, 1978 г., стр.93-110]. Площади фотокатодов могут быть достаточно большими (например, у фотоумножителей диаметр входного окна может достигать 500 мм), а следовательно, продольное сопротивление может быть значительным, поскольку съем фототока обычно производится на охватывающее площадь фотокатода токосъемное кольцо. При протекании по пленке больших фототоков не только над поверхностью фотокатодов возникают расфокусирующие электроны электрические поля, но и происходит нагревание фотослоя, необратимо разрушающее эмиссионную способность фотокатода. Причем даже при локальной пересветке, например, в центре фотокатода будет происходить нагрев значительной площади фотоэмиссионного слоя за счет протекания фототока от центра к краю по всей поверхности к токосъемному электроду, чаще всего кольцеобразному. При точечном съеме фототока положение только усугубляется. Так известно [А.Г.Берковский, В.А.Гаванин, И.Н.Зайдель. Вакуумные фотоэлектронные приборы. М., Радио и связь, 1988 г., стр.21-22], что полупрозрачные фотокатоды, формируемые непосредственно на входных окнах ФЭУ и ЭОП, имеют при комнатной температуре сопротивления порядка 1 МОм/˜ и выше. При комнатной температуре минимальным сопротивлением обладают многощелочные фотокатоды (около 2 МОм/˜), максимальным (около 10¹⁰ Ом/˜) - сурьмяно-калиево-цезиевые. При значительном токоотборе фотоэмиссии протекающий по фотокатодной пленке ток (1-10 мкА/˜) создает вдоль эмитирующей поверхности градиент потенциала (порядка 1-100 В/см и более), эффективно отклоняющий (расфокусирующий) поток фотоэлектронов, вылетающих из фотокатода. Одновременно выделяемое при протекании по пленке фототока тепло разрушает находящуюся на поверхности пленку цезия, необратимо уменьшая эмиссионную способность фотокатода. Для борьбы с этими недостатками увеличивают проводимость полупрозрачных фотокатодов ЭОП и некоторых типов ФЭУ за счет изготовления фотокатодов на специальных проводящих подложках - тонких пленках хрома, напыляемых в собранном приборе непосредственно на откачном посту, или на пленках окиси олова, наносимых на окно оптического входа до его приварки к колбе. Двухслойная система фотокатода имеет пониженное сопротивление, и в ней слабее проявляются описанные выше отрицательные явления, а следовательно, повышается устойчивость фотокатода к световым перегрузкам.

Прототипом заявляемого изобретения является техническое решение [Unated States Patent 5371435, December 6, 1994], по которому с целью увеличения чувствительности тонкопленочный фотокатод изготавливается на прозрачной подложке с рельефной поверхностью (4). Рельеф выполнен в виде системы чередующихся «выпуклостей» и «впадин» (Фиг.1). Достигаемый в такой конструкции фотокатода полезный эффект выражается в повышенной интегральной чувствительности такого фотокатода, обусловленный увеличением поглощения квантов света в объеме фотоэмиссионного слоя (1) за счет увеличения пути их прохождения в участках пленки фотокатода, помещенных на боковых стенках «выпуклостей» и «впадин». Однако очевидно, что в такой конструкции фотокатода площадь фотоэмиссионной пленки (1) возрастает, а следовательно, увеличивается ее продольное сопротивление, и возрастает проявление отрицательных эффектов, описанных выше. Таким образом, возникает техническое противоречие, выражающееся в том, что техническое решение, обеспечивающее за счет рельефа подложки повышение интегральной чувствительности фотокатода, одновременно приводит к увеличению его сопротивления, а следовательно, к уменьшению токоустойчивости и возрастанию расфокусирующего действия электрических полей над поверхностью фотокатода. Это техническое противоречие разрешается в заявляемом изобретении.

В настоящее время остро стоит задача создания высокоэффективных фотокатодов, устойчивых к локальным пересветкам, например для ЭОПов в ночных системах вождения транспорта на дорогах в условиях яркого света встречных фар. Указанная задача решается в заявляемом изобретении тем, что в фотокатоде, состоящем из прозрачной для света диэлектрической подложки и тонкого фотоэмиссионного слоя, покрывающего обращенную в вакуум сторону подложки, покрытая фотоэмиссионным слоем поверхность которой выполнена рельефной, содержащей непрерывную систему «впадин» в материале подложки, рельеф подложки выполнен в виде системы одинаковых по размерам «впадин» и участков гладкой полированной поверхности между «впадинами», причем части покрывающего подложку фотоэмиссионного слоя, расположенные на боковых поверхностях «впадин», выполнены с сопротивлением, превышающим сопротивление частей этого слоя, помещенных на гладкую часть поверхности подложки и на дно впадин, но имеющими меньшее сопротивление, чем материал подложки, а части фотоэмиссионного слоя, расположенные на участках гладкой полированной поверхности подложки, электрически связаны между собой, образуя общий низкоомный сетчатый электрод, с размерами ячейки, не превышающими размер устьев «впадин», выходящих на гладкую поверхность подложки (Фиг.2а), при этом оси устьев «впадин» и ячеек низкоомного сетчатого электрода совпадают.

Новизна заявляемого изобретения заключается, прежде всего в отличающейся от прототипа, ранее неизвестной конструкции, существенность отличий которой доказывается принципиально новым физическим механизмом работы нового устройства. Первым главным принципиальным конструктивным отличием заявляемого фотокатода является то, что благодаря образованию на дне «впадин» в подложке островов фотоэмиссионного слоя (1), резистивно отделенных частью слоя (2) от сетчатой части фотоэмиссионного слоя (3), расположенного на гладкой полированной поверхности подложки, заявляемый фотокатод превращен в мозаичный массив в значительной степени независимых фотоэмиссионных центров. Степень независимости этих центров друг от друга определяется величиной сопротивления частей фотоэмиссинного слоя (2), изготовленных на боковых стенках каждой впадины. При сопротивлении этих участков, близком сопротивлению остальных частей слоя, заявляемый фотокатод превращается в прототип, а при сопротивлении, близком сопротивлению подложки, которая обычно изготавливается из стекла (изолятора), заявляемое устройство становится неработоспособным, т.к. превращается в фотоэмиссионную систему, состояющую из расположенных в параллельных плоскостях общего для всех ячеек («впадин») сетчатого низкоомного электрода (3) и полностью изолированной от него системы островковых изолированных друг от друга фотоэмиттеров (1), каждый из которых расположен в центре ячейки сетчатого электрода.

В такой конструкции реакция каждого отдельного островкого фотоэмиттера на световое воздействие будет независимой от состояния (светового возбуждения) остальных, т.к. токоотбор от всех островковых фотоэмиттеров осуществляется в заявляемой конструкции индивидуально через общий сетчатый электрод в отличии от прототипа, в котором токопрохождение происходит по всему слою фотоэмиттера. Поэтому в случае сильного локального светового возбуждения, когда на ограниченном участке заявляемого фотокатода в связи с изолированностью фотоэмиссионных островков друг от друга возникает значительный положительный заряд, в заявляемой конструкции этот заряд будет локализован в группе ячеек, куда попали световые кванты. Этот накапливающийся в изолированных ячейках заряд пропорционален числу квантов света, поглощенных в каждой ячейке, автоматически может быть использован для ограничения фотоэмиссионного тока с островка фотоэмиттера в этой ячейке и не окажет влияния на фотоэмиссию с соседних ячеек. Суммарный фотоэмиссионный ток в такой системе протекает в основном по сетчатому электроду, и нагрева фотоэмиссионных островков из-за их малых размеров не происходит. В тоже время в прототипе из-за сплошной структуры и относительной низкооомности фотоэмиссионного слоя существенного накопления заряда не происходит, но увеличиваются величина тока, протекающего через всю поверхность фотослоя, и соответствующий этому нагрев этого слоя, отрицательно влияющий на эмиссионную эффективность слоя.

К основной конструкции основного варианта заявляемого изобретения нами предлагаются дополнительные усовершенствования, содержащие отличия от основного варианта изобретения:

- Отличием является то, что максимальная площадь поперечного сечения «дна» «впадин» в подложке фотокатода выполнена не превышающей площадь элемента изображения, проецируемого на фотокатод.

Такое усовершенствование заявляемой конструкции фотокатода обеспечит максимальную разрешающую способность фотоэлектронному прибору для передачи изображения, использующему заявляемый фотокатод.

Если площадь поперечного сечения дна впадин в подложке фотокатода будет выбрана превышающей площадь элемента изображения, проецируемого на фотокатод, то следует ожидать потери разрешающей способности в выходном сигнале, например, ЭОПа или других приборов для передачи изображения.

Если площадь поперечного сечения дна впадин в подложке заявляемой конструкции фотокатода будет выбрана все же существенно меньшей площади элемента передаваемого изображения, то, как показывает опыт, разрешающая способность фотоэлектронного прибора с заявляемым фотокатодом возрастет незначительно, но увеличится полоса частот, и соответственно ухудшатся шумовые характеристики, и усложнится технология изготовления заявляемого фотокатода.

- Отличием также является то, что на поверхность диэлектрической подложки под фотоэмиссионным слоем (1), расположенном на дне «впадин», помещена проводящая прозрачная пленка (12), под фотоэмиссионным слоем, расположенным на гладкой части поверхности подложки, помещена непрозрачная высокопроводящая пленка (13), а пленка, находящаяся на боковых поверхностях «впадин», выполнена из непрозрачного нефотоэмиссионного высокоомного материала, величина сопротивления (R) которого меньше сопротивления материала подложки, но превышает сопротивление частей фотоэмиссионного слоя (3), расположенных на гладкой части поверхности подложки и на дне «впадин) (1) (Фиг.3). Приблизительно это сопротивление (например, слоя хрома толщиной менее монослоя) можно оценить по формуле:

где Е_max - максимальная собственная энергия фотоэлектронов в электронвольтах,

J _э - задаваемый максимальный ток фотоэлектронов, выходящих из ячейки фотокатода в условиях «пересветки»,

е - заряд электрона.

Это усовершенствование предназначено для обеспечения высококачественной задержки фотоэлектронов в каждой ячейке фотокатода и соответственно эффективного подавления «пересветки». Помещение проводящей прозрачной пленки (12) (например, в виде тонкого слоя хрома) под участком фотоэмиссионного слоя (1) на дне ячейки призвано обеспечить равномерное распределение положительного заряда по дну ячейки фотокатода, чтобы создать равномерное задерживающее электроны электрическое поле (9) над поверхностью фотоэмиттера (Фиг.2б).

Непрозрачная высокопроводящая пленка (13) под участком фотоэмиссионного слоя (3) на гладкой части поверхности подложки (например, в виде толстого слоя хрома) призвана:

а) подавить фотоэмиссию с этого участка фотокатода, поскольку эта фотоэмиссия является паразитной для ячейки заявляемого фотокатода, т.к. не управляется положительным зарядом на дне ячейки,

б) высокая проводимость участка фотоэмиссионного слоя на гладкой части поверхности подложки должна обеспечить эффективное токопрохождение по гладкой поверхности подложки и соответственно стабилизацию потенциала, который является опорным для работы ячейки фотокатода.

- Изготовление участка фотоэмиссионного слоя (2) на боковых стенках «впадин» из нефотоэмиссионного высокоомного материала с заданным сопротивлением должно обеспечить:

а) отсутствие паразитной трудноуправляемой положительным зарядом на дне ячейки фотоэмиссии;

б) высокое сопротивление этого участка выбирается с целью ограничения тока фотоэмиссии с участка фотоэмиссионного слоя на дне ячейки в условиях аномального возрастания освещенности на нем. Допустим (Фиг.2б), что в ячейку поступило аномально большое число квантов света (5), и возник аномально большой фототок электронов (11) с собственными энергиями Е_max. После ухода под действием внешнего поля (8) фотоэлектронов (6) с поверхности изолированного участка фотоэмиссионного слоя (1) на дне ячейки на нем образуется положительный объемный заряд (7) и возникает задерживающая фотоэлектроны разность потенциалов (9) между поверхностью этого участка и краем участка фотоэмиссионного слоя (3) на гладкой поверхности подложки, которая начинает возвращать фотоэлектроны обратно на поверхность «донного» участка фотоэмиссионного слоя (1) и соответственно уменьшать фототок выходящих из ячейки фотоэлектронов. Положительный заряд (7) на поверхности фотоэмиттера «донного» участка фотоэмиссионного слоя (1) будет уменьшаться. Когда ток уходящих фотоэлектронов (11) с этого участка (1) сравняется с током проводимости (10) слоя на боковых стенках впадин (2), то накопление положительного заряда на поверхности «донного» участка (1) прекратится, ее потенциал стабилизируется и стабилизируется фототок уходящих из ячейки фотоэлектронов. Очевидно, что при внешнем электрическом поле (8), близком к нулю, стабилизация произойдет при задерживающей электроны разности потенциалов между участком (1) и участком (3), близкой к величине , где Е_max - максимальная собственная энергия фотоэлектронов, а е - заряд электрона. Если априоре задать максимальную величину фототока (J_{э max}) фотоэлектронов, выходящих из ячейки, обеспечивающую линейность динамического диапазона фотоэлектронного прибора в целом, то сопротивление (R₂) участка фотоэмиссионного слоя (2) может быть выбрано из условия . Эта оценка сопротивления участка фотоэмиссионного слоя (2) на боковых стенках впадины сделана из допущений, что все фотоэлектроны вылетают из участка (1) с одной энергией Е _max ортогонально поверхности. Задерживающее фотоэлектроны электрическое поле (9) положительного объемного заряда (7) также действует только перпендикулярно поверхности участка (1). В реальных условиях требуется достаточно сложный теоретический расчет, учитывающий косинусоидальное распределение фотоэлектронов по углам вылета, реальное распределение фотоэлектронов по энергиям и сложную структуру и величину электрического поля в объеме ячейки, зависящую от геометрии впадины.

- Отличительным признаком также является то, что прозрачная диэлектрическая подложка фотокатода выполнена в виде волоконно-оптической пластины (ВОП) с вытравленными частично из оболочки (15) световодными жилами (14) таким образом, что на оптически отполированном торце волоконно-оптической пластины создана система впадин необходимой глубины, на которую нанесена тонкая полупрозрачная пленка фотоэмиссионного слоя (Фиг.4).

Преимущество этого варианта заявляемого фотокатода состоит в том, что волоконно-оптические пластины часто используются в качестве стандартных входных окон современных фотоэлектронных приборов, а травление части световодных жил является освоенной технологией. Разработана также технология изготовления фотокатодов на поверхности стекол волоконно-оптических пластин. Таким образом, практическое изготовление заявляемого фотокатода получает солидную технологическую базу.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 - принципиальная блок-схема устройства ближайшего аналога: а - толщина фотоэмиссионного слоя, d - шаг «выпуклость»-«впадина».

Фиг.2 - принципиальная блок-схема устройства основного варианта изобретения: а - общая блок-схема; б - схема физического механизма работы одной ячейки.

Фиг.3 - принципиальная блок-схема устройства усовершенствованного варианта изобретения.

Фиг.4 - принципиальная блок-схема устройства дополнительного варианта изобретения.

На чертежах следующими позициями обозначены:

1 - фотоэмиссионный слой;

2 - высокоомная пленка фотоэмиссионного слоя на боковой поверхности впадины;

3 - низкоомная пленка фотоэмиссионного слоя на гладкой части поверхности подложки фотокатода;

4 - подложка фотокатода;

5 - кванты света с энергией h , поступающие на фотоэмиссионный слой (участок 1);

6 - фотоэлектроны, вылетающие из участка фотоэмиссионного слоя (1) в вакуум;

7 - положительные заряды, остающиеся на поверхности участка фотоэмиссионного слоя (1) после вылета фотоэлектронов в вакуум;

8 - силовые линии внешнего постоянного электрического поля ( ₀), вытягивающего фотоэлектроны с поверхности фотоэмиссионного слоя;

9 - силовые линии задерживающего фотоэлектроны электрического поля ( _зад), создаваемого положительным зарядом на фотоэмиссионном слое;

10 - направление тока J носителей заряда, компенсирующих положительный заряд в фотоэмиссионном слое (1) (ток проводимости фотоэмиссионного слоя (2));

11 - направление суммарного тока J_э фотоэмиссии из фотоэмиссионного слоя (1), возбуждаемого потоком (5) фотонов с энергией h , где - частота электромагнитных колебаний;

12 - проводящая прозрачная пленка;

13 - непрозрачная высокопроводящая пленка;

14 - световодная жила волоконно-оптической пластины;

15 - оболочка световодной жилы волоконно-оптической пластины.

Описание примеров осуществления изобретения.

Нам не известно существование конструкций фотокатода, подобных заявляемой. Поэтому мы не можем воспользоваться чужим опытом изготовления дискретных фотоэмиссионных систем с площадью элемента порядка размера элемента изображения, когда последний по современным требованиям может составлять 10 и менее микрон. Применительно к электронно-оптическим преобразователям, на применение в которых в первую очередь нацелен заявляемый фотокатод, разрешающая способность порядка 50 (т.е. размер элемента изображения порядка 20 мкм) представляется вполне приемлемой. Электронно-оптические преобразователи в контексте заявляемого устройства также интересны тем, что в них применяются в качестве входных окон волоконно-оптические пластины, площадь поперечного сечения световодных жил которых однозначно определяет размер элемента передаваемого ими изображения. Таким образом, принципиально наиболее простым для практического осуществления оказывается конструкция фотокатода по пункту 4 формулы заявляемого изобретения.

Согласно этому пункту формулы в качестве прозрачной подложки фотокатода выбирается волоконно-оптическая пластина, составляющая основу входного окна ЭОП, имеющая диаметр световой жилы D (например, D=20 мкм). Производится «гравировка» (т.е. вытравливание устьев световодных жил) волоконно-оптической пластины на глубину h (например, h 1,5D 30 мкм). После очистки поверхности (например, прогревом в вакууме) на внутреннюю поверхность стенок впадин на глубину 1,5D вакуумным напылением под углом к оси впадины наносится толщиной менее монослоя слой металла (например, хрома или золота), понижающий сопротивление боковых участков стеклянной поверхности стенок впадин до нужной величины. На следующем этапе вакуумным напылением того же металла на полированную гладкую поверхность подложки (3) под «скользящим» углом наносится толстый низкоомный металлический слой (например, хрома), обеспечивающий эффективную компенсацию положительных зарядов, возбуждаемых фотоэлектронами, уходящими с фотоэмиссионных слоев на дне впадин. Самой важной операцией является процесс нанесения основы фотоэмиссионного слоя (1), которым является обычно слой сурьмы для фотокатодов видимого диапазона спектра. Слой сурьмы может быть нанесен на поверхность дна «впадин» вакуумным напылением под углом 90° к этой поверхности, т.е. в направлении, совпадающем с осью впадины. После этой операции производится «очувствление» фотоэмиссионного слоя обычно посредством сложной комбинации подпылений и прогревов в парах щелочных металлов (таких как цезий, калий, натрий, рубидий) и кислорода. В результате изготовленный таким образом фотокатод будет готов к присоединению к телу фотоэлектронного прибора посредством технологии переноса в вакууме в качестве входного окна, например, ЭОП, ФЭУ и т.п., через которое поступает принимаемый этим прибором поток электромагнитного излучения.

Обобщая вышеизложенное, рассмотрим физический механизм работы только одной ячейки заявляемого фотокатода, т.к. механизм работы всех ячеек идентичен. Эта ячейка устроена следующим образом. Фотоэмиссионная пленка, состоящая из трех частей (1, 2, 3) (фиг.2б), находящихся в последовательном электрическом соединении. Часть (3), нанесенная на гладкую поверхность подложки (4) и обладающая минимальным электрическим сопротивлением, находится под постоянным потенциалом. Части (1) и (2) этой пленки нанесены на дно и внутреннюю поверхность впадины (5), выполненной в подложке (4). Сопротивление части (2) существенно (например, в 5-1000 и более раз) больше сопротивления частей (1) и (3) этой пленки и должно быть задано в зависимости от планируемого уровня ограничения фотоэмиссионного тока в этой ячейке при локальной пересветке. Пусть на часть (1) фотоэмиссионного слоя поступает световой поток фотонов (5) с энергией h , который возбуждает фотоэмиссионный ток (11) электронов (J_э) с собственной энергией Е (для многощелочного фотокатода эта энергия не превышает 2 эВ) (Фиг.2б).

Рассмотрим два режима работы.

Режим низкой освещенности.

1. Пусть поступающий на участок (1) ячейки поток фотонов мал, т.е. реализуется режим низкой освещенности, в котором обычно и работают фотоэлектронные приборы. Тогда фотоэмиссионный ток J _э, уходящих с участка (1) электронов будет также мал, а положительный заряд (7), оставляемый на участке (1) после ухода фотоэлектронов (6) будет также мал и будет в каждый момент легко скомпенсирован за счет тока (10) проводимости J _n участка (2). В результате потенциал участка (1) не изменится и фотоэмиссионная ячейка будет работать в нормальном режиме, аналогичном режиму работы прототипа.

Режим локальной пересветки (Фиг.2б).

2. Пусть на участок (1) ячейки поступает слишком много фотонов, т.е. реализуется режим локальной пересветки. Тогда фотоэмиссионный ток J_э (11) с этого участка будет настолько велик, что в каждый момент времени не сможет быть скомпенсирован током проводимости участка (2) (10), и на поверхности участка (1) начнет накапливаться положительный объемный заряд (7) и возрастать соответствующий ему положительный потенциал (9). Над поверхностью участка (1) возникает задерживающее фотоэлектроны электрическое поле (9), которое начнет уменьшать фотоэмиссионный ток за счет возврата фотоэлектронов обратно на положительно заряженную поверхность участка (1) и нейтрализации за этот счет положительного заряда на этом участке. Уменьшение фотоэмиссионного тока будет происходить до тех пор, пока число уходящих с поверхности участка (1) фотоэлектронов (11) не сравняется с числом электронов, приходящих в положительно заряженный участок (1) за счет тока проводимости (10) высокоомного участка (2), т.е. будет достигнуто равновесное ограничение тока фотоэмиссии с участка (1) на низком уровне, независящем от величины локальной пересветки. Как показывает анализ, при нулевом внешнем поле (8) предельная величина тока фотоэмиссии в такой конструкции будет пропорциональна отношению максимальной собственной энергии фотоэлектронов к величине сопротивления участка (2). Она не будет зависеть от величины пересветки фотоэмиттера в данной ячейке, и она не будет зависеть от ситуации в соседних ячейках, если сопротивление участка (3) будет достаточно мало. С другой стороны на предельную величину тока фотоэмиссии пересвеченного участка будут влиять геометрия ячейки фотокатода и величина и структура внешних электрических полей, ускоряющих эмитированные фотоэлектроны. Такое состояние ячейки заявляемого фотокатода будет существовать до окончания пересветки. После уменьшения освещенности потенциал поверхности фотоэмиссионного слоя (1) вернется к исходному значению за счет действия тока проводимости (10).