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Lexikon der Optik: Photokatode

Photokatode, ein lichtelektrisch empfindliches Sensorelement in Photoempfängern auf der Grundlage des äußeren Photoeffektes, das bei Belichtung Photoelektronen ins Vakuum emittiert. Sie ist empfindlich in einem Wellenlängenbereich, der sich vom UV über das Sichtbare bis etwa 1,2 μm im nahen IR erstreckt. P. sind im allgemeinen Verbindungshalbleiter, die entweder als semitransparente dünne Schichten (Dicke 10-2 bis mehr als 1 μm) auf der Innenseite des Empfängerfensters oder als massives Material auf metallischem Substrat im Empfänger aufgebracht und nur im Hochvakuum beständig sind. Als Fenstermaterial dienen Glas, für Messungen im UV auch Quarz, Saphir, MgF2 und LiF (Abb. 1).

Einteilung. Man unterscheidet zwischen polykristallinen konventionellen P. und epitaktisch hergestellten P. mit negativer Elektronenaffinität (NEA-P.). Wichtigste konventionelle P. sind die Silberoxid-Cäsium-P., aus verschiedenen Alkaliantimoniden bestehende P. wie die Cs3Sb-, Bialkali- und Multialkali-P. (eine Ausführung mit gezielt erhöhter Rotempfindlichkeit wird als extended red multialkali photocathode, Abk. ERMA-P., bezeichnet) sowie die CsI- und die Cs2Te-P. P. mit negativer Elektronenaffinität (NEA) bestehen aus binären und ternären A(III)B(V)-Verbindungen mit Cs- oder Cs2O-Adsorbaten; sie besitzen dank günstigerer Energiebandstruktur eine deutlich höhere Empfindlichkeit.

Eigenschaften. Für die Anwendung wesentliche Eigenschaften von P. sind ihre spektrale lichtelektrische Empfindlichkeit S(λ) bzw. Quantenausbeute Q(λ) (Abb. 2), ihr durch thermische Emission bedingter Photostrom ith (gegebenenfalls durch Kühlung herabgesetzt) und – für spezielle Messungen – ihre Stabilität gegenüber hohen äußeren Feldstärken, hohen Impulsphotoströmen und erhöhten Einsatztemperaturen. Von Vorteil ist die kleine Zeitkonstante der Photoemission (<10-10s) und die Möglichkeit, großflächige P. herzustellen mit Durchmessern größer als 100 mm.





Photokatode 1: Optischer Transmissionsgrad T des Fenstermaterials einer Photokatode als Funktion der Wellenlänge λ.



Photokatode 2: Spektrale photoelektrische Empfindlichkeit S. 1 CsI auf MgF2 (D), 2 Cs2Te auf MgF2 (D), 3 ERMA auf Quarz (A), 4 GaAs/Cs auf Quarz (A), 5 Bialkali auf Glas (D), 6 Cs3Sb auf Glas (D), 7 Multialkali auf Glas (D), 8 AgOCs auf Glas (D), 9 ERMA auf Glas (D). A Aufsicht-, D Durchsichtkatode, Q Quantenausbeute, λ Wellenlänge.

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