Rb2Te與Cs2Te日盲紫外陰極比較研究

　　敘述了Rb2Te 日盲紫外陰極的制作工藝并制作了Rb2Te 日盲紫外陰極。測量了Rb2Te 和Cs2Te 兩種日盲紫外陰極的光譜響應、光譜反射率、光譜吸收率和250 nm 波長(cháng)激發(fā)條件下的熒光譜。測量結果表明，Rb2Te 日盲紫外陰極的光譜響應更高，但光譜響應的峰值和長(cháng)波截止波長(cháng)也更短。Rb2Te 日盲紫外陰極光譜響應的峰值波長(cháng)位于225 nm，長(cháng)波截止波長(cháng)位于315 nm，而Cs2Te 日盲紫外陰極光譜響應的峰值波長(cháng)位于250 nm，長(cháng)波截止波長(cháng)位于323 nm。另外Rb2Te 日盲紫外陰極的日盲特性更好， 633 nm 波長(cháng)的光譜響應為10 - 5mA/W 的數量級，較Cs2Te 日盲紫外陰極低一個(gè)數量級。光譜反射率的測量結果表明，Rb2Te 日盲紫外陰極的光譜反射率曲線(xiàn)形狀與Cs2Te 日盲紫外陰極的光譜反射率曲線(xiàn)形狀相似，區別是整個(gè)光譜反射率曲線(xiàn)向短波方向移動(dòng)，且波長(cháng)越長(cháng)，移動(dòng)越大。另外Rb2Te 日盲紫外陰極的光譜反射率在200 ～ 450 nm 的波長(cháng)范圍內均低于Cs2Te 日盲紫外陰極的光譜反射率，由此可推斷出Rb2Te 紫外陰極的折射率低于Cs2Te 紫外陰極的折射率，并且波長(cháng)越長(cháng)，折射率差別越大。光譜吸收率的測量結果表明，Rb2Te 日盲紫外陰極的吸收率大于Cs2Te 紫外陰極的吸收率。光譜吸收率越高，光譜響應也越高，與光譜響應的測量結果相吻合。熒光譜的測試結果表明，在250 nm 波長(cháng)激發(fā)條件下，在200 ～ 450nm 的波長(cháng)范圍內，Rb2Te 紫外陰極的熒光強于Cs2Te 紫外陰極的熒光，原因是Rb2Te 陰極的吸收率高于Cs2Te 紫外陰極的吸收率。光譜吸收率越高，熒光越強，這同樣與光譜響應的測試結果相吻合。所以Rb2Te 日盲紫外陰極與Cs2Te 日盲紫外陰極相比，性能更優(yōu)，可用于日盲紫外探測器。

　　電力輸送在國民經(jīng)濟中的地位越來(lái)越重要，實(shí)現安全和無(wú)間斷的電力輸送是電力部門(mén)所追求的目標。長(cháng)距離的電力輸送往往需要在超高電壓的條件下進(jìn)行，因此對輸電塔、輸電線(xiàn)的維修和維護是保證電力安全輸送的前題。高壓輸電塔往往高達幾十米，有的甚至上百米，而且多數的高壓輸電塔安裝在崇山峻嶺之中，因此完全靠人工來(lái)完成輸電線(xiàn)路的檢查幾乎是不可能的。高壓輸電線(xiàn)路發(fā)生的故障之一是線(xiàn)路之間發(fā)生漏電或放電，而如果在故障的初期不及時(shí)進(jìn)行排除或維修，后果將不堪設想。因此在輸電線(xiàn)路上及時(shí)發(fā)現漏電或放電現象，是保證及時(shí)對輸電線(xiàn)路進(jìn)行故障排除，避免由于輸電線(xiàn)路故障而造成重大損失的必要保證。目前電暈檢查儀是檢查高壓輸電線(xiàn)之間發(fā)生放電或漏電的有效工具。電暈檢查儀有紅外和紫外兩種，但目前紫外電暈檢查儀在電暈放電的檢查中，應用更廣。這是因為在大氣層下，或在海平面上，由于大氣層中O3的吸收，周?chē)�環(huán)境中沒(méi)有300 nm 以下的紫外線(xiàn)，因此當用日盲紫外探測器來(lái)探測300 nm 以下的紫外線(xiàn)時(shí)，所獲得紫外圖像的對比度較紅外探測器好，因此在電暈檢查方面，采用紫外探測器的趨勢越來(lái)越明顯。根據國家電網(wǎng)的規劃，將來(lái)的電網(wǎng)為智能型的電網(wǎng)，即在輸電塔上安裝有日盲紫外探測器，探測器定期的探測高壓輸電線(xiàn)的情況并將信號傳回監控中心，因此監控中心可以及時(shí)掌握輸電線(xiàn)路的情況并進(jìn)行處理，所以對日盲紫外探測器的市場(chǎng)需求很大。日盲紫外探測器的關(guān)鍵部件為日盲紫外光電陰極( 簡(jiǎn)稱(chēng)日盲紫外陰極或紫外陰極) 。常用的紫外陰極材料有Cs-I、K-Br、Cs-Te 等，如美國哈勃望遠鏡中的近紫外探測器用的是Cs-Te 陰極，美國中程太空實(shí)驗( Midcourse Space Experiment，MSX) 攜帶的紫外可見(jiàn)光成像器和光譜成像器( Ultraviolet and Visible Imagers and Spectrographic Imagers，UVISI)中紫外探測器的光電陰極為Rb-Te 陰極和Cs-I陰極。

　　在國內，對Cs2 Te 日盲紫外光電陰極的研究較多，并且取得了富有成效的研究成果，對Rb2Te 紫外陰極也有研究，但報道不多。而Rb2Te 紫外陰極又是研究RbCsTe 三元日盲紫外陰極的基礎，因此進(jìn)一步開(kāi)展Rb2 Te 紫外陰極的研究具有重要的現實(shí)意義。

1、Rb2Te 陰極樣品制作

　　由于Rb2Te 紫外陰極和Cs2Te 紫外陰極的材料性能相當，因此Rb2Te 陰極的電阻也很高，為了使光電陰極在發(fā)射光電子時(shí)電子能得到及時(shí)補償，需要在陰極的石英窗上制作一層金屬導電基底。陰極的導電基底應滿(mǎn)足以下條件：

　�、倜骐娮枳銐蛐�，一般導電基底的面電阻小于107 Ω 就能滿(mǎn)足要求;

　�、趯�響應波段光輻射透過(guò)率高；③與紫外光陰極相容。Rb2Te 陰極導電基底的制作與Cs2Rb 陰極導電基底的制作工藝相同。選用Ni-Cr 合金作為陰極基底的導電材料，采用電子束加熱的方式蒸發(fā)。由于要陰極襯底表面的面電阻小，Ni-Cr 膜層的厚度就要厚，同時(shí)石英窗的透過(guò)率就會(huì )低，從而會(huì )影響陰極的靈敏度。所以在陰極石英窗表面上鍍制導電基底時(shí)，膜層的厚度要根據實(shí)際應用時(shí)陰極的電流發(fā)射密度來(lái)決定。對于微弱信號的探測而言，10 nm 或以上的膜層厚度即可，圖1 是典型的蒸鍍導電膜層之后的石英窗光譜透過(guò)率。

圖1 石英窗透過(guò)率

　　Rb2Te 紫外陰極的基本制作工藝是這樣，首先將鍍有Ni-Cr 導電基底的石英窗、管殼以及Te、Rb 蒸發(fā)源等裝入紫外陰極的制作真空系統。其中Te 源采用Te-In 合金；Rb 源采用由Rb2CrO4和ZrAl 混合粉末。

　　對紫外陰極制作真空系統進(jìn)行溫度為300℃，保溫時(shí)間為12 h 的烘烤除氣。當烘烤時(shí)間完成之后，讓系統緩慢降溫。當溫度下降到170℃時(shí)，打開(kāi)低壓汞燈、紫外陰極光電流監控裝置，并利用記錄儀記錄光電流的變化。分別打開(kāi)Te 蒸發(fā)源和Rb 蒸發(fā)源的蒸發(fā)電流，同時(shí)蒸發(fā)Te 原子和Rb 原子，使其反應生成Rb2Te 膜層，當Te 原子和Rb 原子開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應生成Rb2Te 陰極膜層時(shí)，紫外陰極的光電流會(huì )上升，并且隨著(zhù)Rb2Te紫外陰極膜層的加厚，光電流隨之增加。當光電流達到最大值之后，停止Te 原子和Rb 原子的蒸發(fā)，關(guān)掉Te蒸發(fā)源和Rb 蒸發(fā)源的蒸發(fā)電流。陰極膜層制作完成之后將真空系統溫度降低并將陰極封接在真空管殼中，這樣日盲紫外Rb2Te 陰極樣品就制作完成了。

2、結論

　　(1) Rb2Te 紫外陰極的光譜響應高于Cs2Te 紫外陰極的光譜響應，其光譜響應的峰值波長(cháng)在225nm。在633 nm 處的光譜靈敏度為10 - 5 mA/W 的數量級，日盲特性?xún)?yōu)于Cs2Te 紫外陰極。

　　(2) 在200 ～ 450 nm 的波長(cháng)范圍內，Rb2Te 紫外陰極材料的折射率小于Cs2Te 紫外陰極材料的折射率，對同樣厚度的Rb2 Te 紫外陰極和Cs2 Te 紫外陰極來(lái)講，Rb2 Te 紫外陰極的光譜反射率低于Cs2 Te的光譜反射率，波長(cháng)越長(cháng)，差別越大；波長(cháng)越小，差別越小。

　　(3) Rb2Te 紫外陰極和Cs2 Te 紫外陰極的吸收限約為450 nm。在200 ～ 450 nm 的吸收帶范圍內，Rb2Te 紫外陰極的吸收率均高于Cs2 Te 紫外陰極的吸收率。這與Rb2Te 紫外陰極的光譜響應高于Cs2Te 紫外陰極光譜響應的結論相吻合。

　　(4) 在250 nm 波長(cháng)激發(fā)條件下，在200 ～ 450nm 的波長(cháng)范圍內，Cs2 Te 紫外陰極的熒光譜高于Cs2Te 紫外陰極的熒光譜，主要原因是Rb2 Te 紫外陰極的光譜反射率低于Cs2Te 紫外陰極的光譜反射率。在同樣入射光照射條件下，熒光譜越高，陰極靈敏度也越高。

　　(5) Rb2Te 紫外陰極是一種性能良好的日盲紫外光電陰極，其制作工藝與Cs2 Te 紫外陰極的制作工藝類(lèi)似，因此也是日盲紫外探測成像器件光電陰極的選擇之一。