Brevet FR2493036A1 — publié le 19820430

- 1 - "PHOTOCATHODE BIALCALINE A REPONSE SPECTRALE ELARGIE ET PROCEDE DE FABRICATION" La présente invention concerne une photocathode comportant une couche d'antimoniure de potassium et de césium SbK2Cs déposée sur un substrat. Elle concerne également un procédé de fabrication de ladite photocathode. La photocathode selon l'invention est destinée à équiper tout tube électro-optique,-et notamment les tubes photomultiplicateurs utilisés en physique nucléaire. Les photocathodes bialcalines à couche de SbK2Cs sont connues de l'art antérieur (voir, par exemple, A.H. SOMMER, Photoemissive Materials, John Wiley and Sons, 1968) pour être réalisées par dépôt direct des constituants de ladite couche sur un substrat, généralement en verre. Si les photocathodes de ce type présentent le plus souvent une réponse spectrale satisfaisante dans le bleu, leur sensibilité se révèle cependant médiocre dans la partie rouge du spectre visible. Le but de la présente invention est de remédier à cet incon- vénient. Elle est basée sur l'idée que l'on pourrait étendre vers le rouge la réponse spectrale de la photocathode décrite dans le préambule en interposant entre la couche de SbK 2Cs et le substrat une sous-couche d'un matériau qui abaisserait le seuil de sensibilité de ladite couche de SbK 2Cs. En effet, selon la présente invention, une photocathode comportant une couche d'antimoniure de potassium et de césium SbK2Cs déposée sur un substrat est notamment remarquable en ce qu'elle comporte une sous-couche d'oxyde de manganèse MnO, intermédiaire entre ledit substrat et ladite couche de SbK 2Cs. Des expériences effectuées par la Demanderesse ont montré en effet que la présence d'une sous-couche d'oxyde de manganèse MnO confère à la photocathode selon l'invention une sensibilité accrue vers le rouge sans que sa réponse spectrale dans le bleu n'en soit affectée. Un procédé connu de fabrication utilisé pour réaliser une photocathode telle que décrite dans le préambule consiste, dans une première étape à évaporer du potassium, généralement à l'aide d'un générateur explosif, à une température d'environ OC, température à laquelle la pression de vapeur du potassium est assez élevée pour que ledit potassium puisse se déposer sur le substrat en quantité suffisante, puis de l'antimoine et du césium sont à leur tour déposés. Cependant, la Demanderesse a montré que ce procédé appliqué à la fabrication de photocathodes selon l'invention conduit le'plus souvent à des photocathodes aux performances dégradées. Le but du procédé selon l'invention est de remédier à cet inconvénient. Il est basé sur l'idée que le potassium pourrait réagir de façon néfaste avec la sous-couche d'oxyde de manganèse et donc qu'il faudrait évaporer le potassium à une température telle qu'il ne puisse se déposer en quantité notable sur ladite sous-couche de MnO. En effet, un procédé de fabrication d'une photocathode selon -3l'invention est notamment remarquable en ce que, après formation de ladite sous-couche de MnO, dans une première phase, du potas- sium est évaporé dans une enceinte contenant ladite photocathode, la température de ladite enceinte étant maintenue à une valeur au plus égale à 1000C. Ainsi, le potassium évaporé, à l'aide d'un générateur explosif par exemple, se dépose principalement sur les parois de ladite enceinte situées à proximité dudit générateur explosif, sans venir polluer la sous-couche d'oxyde de manganèse. Puis, à l'issu d'une seconde phase d'évaporation d'antimoine, la température de ladite enceinte est portée, dans une troisième phase, à une valeur sensiblement égale à 1600C pour permettre la formation d'antimoniure de potassium SbK3 et, dans une quatrième phase, du césium est évaporé pour constituer, avec SbKV, ladite couche de SbK2Cs. L'élévation de la température de l'enceinte de 100 à 1600C s'accompagne d'une augmentation sensible de la pression de vapeur du potassium qui peut alors se déposer progressivement sur la photocathode et réagir chimiquement avec l'antimoine préalablement déposé pour donner SbK3. Ensuite, la fabrication de la photocathode selon l'invention est achevée par évaporation de césium. - Il est à noter que dans certaines applications, ladite enceinte est constituée par l'enveloppe du tube auquel est destinée la photocathode selon l'invention. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre l'invention. La figure 1 est une vue partielle en coupe d'une photocathode selon l'invention. La figure 2 est un diagramme donnant l'évolution de la tempé- rature au cours de la fabrication de la photocathode de la figure 1. La figure 3 est une coupe schématique d'un photomultiplica- teur muni d'une photocathode analogue à celle représentée à la figure 1. La figure l représente une coupe partielle d'une photocathode il comportant une couche 12 d'antimoniure de potassium et de césium SbK2Cs déposée sur un substrat 13 qui, dans l'exemple de réalisa- tion de la figure 1, est en verre. Conformément à l'invention, la photocathode Il comporte une sous-couche 14 d'oxyde de manganèse MnO, intermédiaire entre ledit substrat 13 et ladite couche 12 de SbK2Cs, l'avantage de ladite sous-couche 14 de MnO étant de conférer à la couche 12 de SbK2Cs un meilleur pouvoir photoémissif dans la partie rouge du spectre visible. La figure 2 donne, en fonction du temps t, l'évolution de la température T d'une enceinte contenant la photocathode selon l'invention, au cours de la fabrication de ladite photocathode. Comme on peut le remarquer à la figure 2, après formation de ladite souscouche de MnO, dans une première phase 0 1, du potassium est évaporé dans une enceinte contenant ladite photocathode, la température T de ladite enceinte étant manitenue à une valeur de 100IC. A cette température, la pression de vapeur du potassium, issu d'un générateur explosif, est suffisamment faible pour que ledit potassium-ne puisse se déposer en quantité notable sur la photocathode, mais plutft sur les parois de ladite enceinte situées à proximité dudit générateur explosif. Ensuite, à l'issu d'une seconde phase 0 2 d'évaporation d'antimoine, la température T de ladite enceinte est portée, dans une troisième phase 0 3, à une valeur sensiblement égale à 1600C pour permettre la formation d'antimoniure de potassium SbK3, et dans une quatrième phase 0 4, du césium est évaporé pour constituer avec SbK3 ladite couche de SbK2Cs. En effet, à la température de 1600C la pression de vapeur du potassium devient suffisante pour que ledit potassium puisse se déposer sur la photocathode et réagir avec l'antimoine pour former SbK3. L'évaporation de césium achève la formation de ladite photocathode en constituant avec SbK3 l'antimoniure de potassium et de césium SbK2Cs. La figure 3 représente en schéma un photomultiplicateur comportant une photocathode selon l'invention. La lumière incidente 21 vient frapper la photocathode Il qui émet des électrons 22. Lesdits électrons 22 sont ensuite focalisés sur une première dynode 23, et multipliés successivement par les dynodes 23, 24, , 26, 27, 28, 29 et enfin captés par l'anode 30. -5 - REVENDICATIONS: 1. Photocathode (11) comportant une couche (12) d'antimoniure de potassium et de césium SbK2Cs déposée sur un substrat (13), caractérisée en ce qu'elle comporte une sous-couche (14) d'oxyde de manganèse MnO, intermédiaire entre ledit substrat (13) et ladite couche (12) de SbK2Cs. 2. Procédé de fabrication d'une photocathode selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que, après formation de ladite sous- couche (14) de MnO, dans une première phase (0 1), du potassium est évaporé dans une enceinte contenant ladite photocathode, la température (T) de ladite enceinte étant maintenue à une valeur au plus égale à 100 C. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'issu d'une seconde phase (0 2) d'évaporation d'antimoine, la température (T) de ladite enceinte est portée, dans une troisième phase (O 3), à une valeur sensiblement égale à C pour permettre la formation d'antimoniure de potassium SbK3, et en ce que, dans une quatrième phase (0 4), du césium est évaporé pour constituer, avec SbKV, ladite couche (12) de SbK2Cs. 4. Tube photomultiplicateur comportant une photocathode (11) selon la revendication 1.