Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектро́нный умножитель

(ФЭУ)

электровакуумный прибор (См. Электровакуумные приборы), в котором поток электронов, эмитируемый Фотокатодом под действием оптического излучения (фототок), усиливается в умножительной системе в результате вторичной электронной эмиссии (См. Вторичная электронная эмиссия); ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первоначальный фототок (обычно в 10⁵ раз и выше). Впервые был предложен и разработан Л. А. Кубецким (См. Кубецкий) в 1930–34.

Наиболее распространены ФЭУ, в которых усиление электронного потока осуществляется при помощи системы дискретных динодов – электродов корытообразной, коробчатой или жалюзийной формы с линейным (см. рис.) либо (реже) круговым расположением, обладающих коэффициентом вторичной эмиссии σ > 1. В таких ФЭУ для ускорения и фокусировки электронов катодной камере (собирающей электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и направляющей этот пучок на вход динодной системы), динодам и аноду сообщают определенные потенциалы относительно фотокатода при помощи высоковольтного источника (напряжением 600–3000 в). Кроме электростатической фокусировки, в ФЭУ иногда применяют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Существуют также ФЭУ с умножительной системой, представляющей собой непрерывный (распределённый) динод – одноканальный, в виде трубки (канала) с активным (σ > 1) слоем на её внутренней поверхности, обладающим распределённым электрическим сопротивлением, либо многоканальный, выполненный из т. н. микроканальной пластины. При подключении канала к источнику высокого напряжения в нём создаётся электрическое поле, ускоряющее вторичные электроны, которые многократно соударяются с внутренними стенками канала, вызывая при каждом столкновении вторичную электронную эмиссию с поверхности активного слоя.

Фотокатоды ФЭУ выполняют из полупроводников на основе соединений элементов I или III группы периодической системы Менделеева с элементами V группы (Css Sb, GaAs и др.). Полупрозрачные фотокатоды обычно наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона ФЭУ. Для изготовления дискретных динодов используют следующие материалы: Cs₃Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку; сплавы CuBe, CuAlMg; эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O₂ (см. Эпитаксия) и др. Каналы непрерывных динодов изготавливают из стекла с высоким содержанием свинца (такие каналы после термообработки в H₂ имеют удельное сопротивление поверхностного слоя 10⁷–0¹⁰ ом․м).

Основные параметры ФЭУ: световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1–10⁴ а/лм; спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³–10⁸); темновой ток (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока), как правило, не превышает 10^-9–10^-10а.

Наибольшее применение ФЭУ получили в ядерной физике (спектрометрические ФЭУ; см. Сцинтилляционный счётчик) и в установках для изучения кратковременных процессов (временные ФЭУ). ФЭУ используют также в оптической аппаратуре, устройствах телевизионной и лазерной техники.

В 60-х гг. разработаны ФЭУ, в которых усиление фототока осуществляется бомбардировкой полупроводникового кристалла с электронно-дырочным переходом (См. Электронно-дырочный переход) электронами с энергиями, достаточными для образования в кристалле парных зарядов электрон – дырка (такие ФЭУ называются гибридными).

Лит.: Берковский А. Г., Гаванин В. А., Зайдель И. Н., Вакуумные фотоэлектронные приборы, М., 1976.

В. А. Гаванин.

Структурные схемы фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) с линейными динодными системами: а — с корытообразными динодами; б — с жалюзийными динодами; Ф — световой поток; К — фотокатод; В — фокусирующие электроды катодной (входной) камеры; Э — диноды; А — анод; штрихпунктирными линиями изображены траектории электронов.