СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО АКТИВИРОВАНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ФОТОКАТОДОВ
METHOD OF SIMULTANEOUS ACTIVATION OF SEVERAL PHOTOCATHODES

Изобретение относится к фотоэлектронным приборам, а более конкретно к технологии одновременного активирования нескольких фотокатодов. Фотокатоды используются в электронно-оптических преобразователях (ЭОП), фотоэлектронных умножителях, счетчиках фотонов и других фоточувствительных приборах. Наиболее широкое применение фотокатоды находят в ЭОП, которые используются в приборах ночного видения.
Обычно фотокатод изготовляют из профилированного стеклянного диска, входной диаметр которого составляет около 30,5 мм, а выходной диаметр около 20 мм. Переход от большего диаметра к меньшему обычно выполняют в виде цилиндра, имеющего промежуточный диаметр около 24 мм. В некоторых случаях последний переход выполняют в виде конуса с входным диаметром около 24 мм и выходным диаметром около 20 мм (патент США №6,086,944 от 11.07.2000 г.). В центральной части, на диаметре 20 мм, стеклянный диск имеет толщину примерно 5,6 мм, что связано с характеристиками оптики, используемой в приборах ночного видения. Высота входного цилиндра, диаметром 30,5 мм, обычно составляет около 2 мм. Все поверхности фотокатода должны быть обработаны с высокими требованиями к их чистоте и точности изготовления. На диаметр стеклянного диска 20 мм укладывается фотоэмиссионная структура, обычно GaAs или InGaAs, которая сплавляется с диском. Далее производят химическую обработку полученной заготовки и затем наносят проводящие покрытия на периферийную часть фотоэмиссионной структуры и на все периферийные поверхности стеклянного диска со стороны фотоэмиссионной структуры, до диаметра 30,5 мм. Затем производят активирование фотокатодов и герметизацию их с корпусной частью приборов.
Операция активирования фотокатодов является наиболее трудоемкой при изготовлении прибора. До недавнего времени активирование фотокатодов производилось индивидуально для каждого фотокатода, при этом обеспечивалась высокая чувствительность обрабатываемых фотокатодов, но производительность была низкой. В целях увеличения производительности изготовления фотокатодов, проводились работы по обеспечению возможности одновременного активирования нескольких фотокатодов, что увеличивало производительность, пропорционально количеству одновременно активируемых фотокатодов.
Известен способ одновременного активирования нескольких фотокатодов (патент США №6,276,983 от 21.08.2001 г.). В данном способе предлагается установка нескольких фотокатодов, изготовленных по описанному выше способу, на технологическую кассету, помещение кассеты в вакуумную камеру. Соединение проводящего покрытия, расположенного на периферийной части стеклянного диска с электрическим вводом, другой конец которого соединен с измерителем фототока и источником питания. Подача на фотокатоды необходимого освещения. Пространственно равномерная подача на фотокатоды активирующих веществ. Использование вращающейся карусели для улучшения равномерности подачи активирующих веществ. Контроль суммарной величины фототоков всех активируемых фотокатодов. Прекращение подачи активирующих веществ, при достижении желаемой величины фототока. Данный способ активирования фотокатодов практически повторяет известный способ индивидуального активирования фотокатодов, только активирование производится не по индивидуальному фототоку, а по суммарной величине фототоков всех одновременно активируемых фотокатодов.
Данный способ имеет недостаток, который заключается в снижении чувствительности фотокатодов даже при обеспечении пространственно равномерной подачи активирующих веществ, для всех одновременно активируемых фотокатодов. Действительно, фотоэмиссионные структуры имеют разброс по своим характеристикам, поэтому, для получения максимальной чувствительности, требуется индивидуальное активирование каждого фотокатода по величине его индивидуального фототока. Невыполнение этого условия, как показывают статистические данные, полученные на практике, приводит к снижению чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%. Таким образом, недостатком данного способа является снижение чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%.
Известен также, способ одновременного активирования нескольких фотокатодов, изготовленных по описанному выше способу, в котором более подробно изложено его использование (патент США №6,086,944 от 11.07.2000 г., прототип). В соответствии с данным способом фотокатод выполнен в виде стеклянного диска, который имеет плоскую входную поверхность и профилированную выходную поверхность, имеющую меньший диаметр, чем входной диаметр фотокатода. На этот меньший диаметр наплавлена фотоэмиссионная структура. На периферийную часть фотоэмиссионной структуры и на профилированную выходную поверхность стеклянного диска нанесено проводящее покрытие, обычно выполненное способом вакуумного напыления. Это проводящее покрытие, нанесенное на периферийную часть стеклянного диска, служит для подачи напряжения на фотоэмиссионную структуру. Так же это проводящее покрытие на периферийной части стеклянного диска является местом сочленения фотокатода с корпусной частью прибора. В данном способе предлагается установка нескольких фотокатодов на технологическую кассету и помещение кассеты в вакуумную камеру. Соединение проводящего покрытия каждого фотокатода с электрическим вводом, другой конец которого соединен с измерителем фототока и источником питания. Подача на фотокатоды необходимого освещения. Пространственно равномерная подача на фотокатоды активирующих веществ. Контроль суммарной величины фототоков всех активируемых фотокатодов. Прекращение подачи активирующих веществ, при достижении желаемой величины фототока. В качестве активирующих веществ предлагается использовать цезий или барий, в качестве первого активирующего вещества - и кислород или фтор - в качестве второго активирующего вещества. При проведении активирования, первое активирующее вещество подается с постоянной интенсивностью, а второе активирующее вещество подается с постоянно изменяющейся интенсивностью. Данный способ активирования фотокатодов, также практически повторяет известный способ индивидуального активирования фотокатодов, только активирование производится не по фототоку индивидуального фотокатода, а по суммарной величине фототоков всех одновременно активируемых фотокатодов. В данном способе, для получения оптимальных характеристик фотокатодов, необходимо обеспечить пространственно равномерную подачу активирующих веществ, для всех одновременно активируемых фотокатодов.
Недостатком данного способа также является снижение чувствительности фотокатодов. Действительно, фотоэмиссионные структуры имеют разброс по своим характеристикам, поэтому, для получения максимальной чувствительности, требуется индивидуальное активирование каждого фотокатода по величине его индивидуального фототока. Не выполнение этого условия, как показывают статистические данные, полученные на практике, приводит к снижению чувствительности фотокатодов в среднем на 20%÷25%.
Задачей настоящего изобретения является создание способа одновременного активирования нескольких фотокатодов, обеспечивающего индивидуальное активирование каждого активируемого фотокатода, что повышает чувствительность фотокатода на 20%÷25% по сравнению с известными решениями.
Способ одновременного активирования нескольких фотокатодов, который включает установку фотокатодов на технологическую кассету, выполненную из проводящего материала, помещение технологической кассеты в вакуумную камеру, соединение проводящего покрытия каждого фотокатода с электрическим вводом, подачу светового потока на фотокатоды, подачу пространственно равномерного потока активирующих веществ на фотокатоды, контроль величины фототока, достижение «роста по цезию», обеспечение роста фототока, прекращение подачи активирующих веществ, выполняют следующее: при проведении одновременного активирования нескольких фотокатодов, каждый фотокатод активируется индивидуально по величине своего фототока, при этом, после достижения «роста по цезию», обеспечивается постоянная интенсивность подачи кислорода или фтора и непрерывно меняющаяся интенсивность подачи цезия или бария, а пространственная равномерность активирующих веществ, подаваемых на фотокатоды, осуществляется за счет использования для каждого фотокатода индивидуальных источников цезия или бария и индивидуальных экранов, причем контроль индивидуальной величины фототока каждого фотокатода осуществляется путем использования индивидуальных электродов сбора фотоэлектронов, на которые, от источника питания, через измеритель или измерители фототока, подано напряжение положительной полярности, а напряжение отрицательной полярности подано на фотокатоды.
Предлагаемое решение, на наш взгляд, является новым и не следует явным образом из уровня техники, т.к. влияние совокупности отличительных признаков на технический результат из уровня техники не известно.
На чертеже схематично показан разрез вакуумной камеры, в которой активирование фотокатодов, установленных на технологическую кассету, выполняется в соответствии с настоящим изобретением.
Фотокатоды 1а, 1б, 1к установлены на технологическую кассету 2, которая помещена в вакуумную камеру 3. В вакуумной камере 3 установлен источник кислорода 4. Под каждым фотокатодом 1а, 1б, 1к установлены индивидуальные источники цезия 5а, 5б, 5к, которые имеют индивидуальные источники питания 6а, 6б, 6к и помещены в индивидуальные экраны 7а, 7б, 7к соответственно. Так же под каждым фотокатодом помещены индивидуальные электроды сбора фотоэлектронов 8а, 8б, 8к, которые соединены с входами измерителей фототоков 9а, 96, 9к. Выходы измерителей фототоков соединены с положительным выводом источника питания 10, а отрицательный вывод источника питания 10 соединен с фотокатодами 1а, 1б, 1к. Над фотокатодами 1а, 1б, 1к установлены осветители 11а, 11б, 11к. Фотокатоды 1а, 1б, 1к сплавлены с фотоэмиссионными структурами 12а, 12б, 12к.
-9
-9
Количество одновременно обрабатываемых фотокатодов обычно составляет от 6 до 12 шт. Фотокатоды 1а, 1б, 1к устанавливаются на технологическую кассету 2, и технологическая кассета 2 помещается в вакуумную камеру 3. От источника питания 10 напряжение положительной полярности, через измерители фототоков 9а, 9б, 9к подается на электроды сбора фотоэлектронов 8а, 8б, 8к, а напряжение отрицательной полярности подается на соответствующие фотокатоды. На фотокатоды подается световой поток от осветителей 11а, 11б, 11к. При подаче напряжения от источника питания 10 и освещении фотокатодов, фотокатоды начинают испускать фотоэлектроны, количество которых измеряется измерителями фототоков 9а, 96, 9к. На источники цезия 5а, 56, 5к, от блоков питания 6а, 6б, 6к, подается определенная величина тока и источники цезия производят диффузию цезия, который осаждается на фотокатод. Экраны 7а, 7б, 7к обеспечивают пространственное разделение и равномерность подачи цезия на фотокатоды. При осаждении цезия на фотокатоды происходит увеличение фототока, и когда величина фототока достигает около 3×10 А на конкретном фотокатоде, подачу цезия на данный фотокатод прекращают. При достижении на каждом фотокатоде величины фототока, равной ориентировочно 3×10 А, подачу цезия прекращают. Начинают подачу кислорода с постоянной интенсивностью и подачу цезия с постоянно изменяющейся интенсивностью для каждого фотокатода индивидуально. При каждой последующей подаче цезия происходит увеличение величины фототока, что определяется индивидуальными измерителями фототоков. При достижении максимальной величины фототока для конкретного фотокатода, активирование данного фотокатода прекращают. При достижении максимальной величины фототока, индивидуально для каждого фотокатода, активирование заканчивается, при этом каждый фотокатод имеет максимально возможную чувствительность.
Таким образом, за счет использования индивидуального активирования каждого фотокатода, при их одновременной обработке, обеспечено получение максимальной чувствительности каждого активируемого фотокатода, т.е. поставленная задача полностью выполнена.