Der lichtelektrische Effekt und seine Anwendungen (2° Éd., 2. Aufl. 1958. Softcover reprint of the original 2nd ed. 1958)

Von R. Suhrmann, Hannover 1. Definition des auBeren liehtelektrisehen Effektes Bestrahlt man eine negativ geladene Metallplatte (Abb. I. 1), die mit einem Elektroskop in Verbindung steht, mit dem Licht einer Kohlen­ bogenlampe, so fallen die Elektroskopplattchen zusammen, d. h. die Metallplatte verliert durch die Lichtbestrahlung ihre negative Ladung. Eine positive Aufladung dagegen gibt die Metallplatte bei Bestrahlung nicht abo Dieser von HALLWACHS im Jahre 1887 zuerst durchgefiihrte lic- eg~g!@:~EIi~;!~X~§ ',Jo~j~£C:C Drahtnetz angebracht ist. Auchdann /-1--- =-~:.. .... ------1--~...., verliert die Platte bei Bestrahlung ihre negative Ladung; sie gibt, wie wir auf Grund der Untersuchungen LENARDS wissen, Elektronen ab, die an das Netz hiniibergehen und Abb.I.1. Grundversuch zum auBeren licht­ dort zur Erde abgeleitet werden. elektrischen Effekt Dieersten Vakuumzellen wurden 1890 von ELSTER und GEITEL hergestellt, die mit ihnen den lichtelektrischen Effekt von Alkalimetallen studierten. Die Vakuumzelle ist zweckmaBig mit einem Quarzfenster fiir den Lichteintritt versehen, um auch die besonders wirksamen ultravioletten Strahlen bis zur Metallkathode ge­ langen zu lassen. Das Glas der Zellenwandung wiirde diese Strahlen absorbieren.

I. Einleitung.- 1. Definition des äußeren lichtelektrischen Effektes.- 2. Definition des inneren lichtelektrischen Effektes.- 3. Definition des Sperrschichtphotoeffektes und des Becquereleffektes.- Zusammenfassende Darstellungen [Z].- II. Gesetzmäßigkeiten des äußeren lichtelektrischen Effektes.- 4. Abhängigkeit des lichtelektrischen Stromes der Lichtintensität; spektrale Empfindlichkeitskurve; langwellige Grenze.- 5. Auffallende, einfallende und absorbierte Lichtenergie, Austrittstiefe der Elektronen.- 6. Strom-Spannungskurve und Energie Verteilung der austretenden Elektronen.- 7. Einsteinsche Gleichung; Austrittsarbeit und Kontaktpotential; Quantenäquivalent und Quantenausbeute; Oberflächen- und Volumeffekt.- 8. Lichtelektrische Gesamtemission.- 9. Temperaturabhängigkeit des äußeren Photoeffektes bei reinen Metalloberflächen; Theorie Fowler und Du Bridge.- 10. Anwendung der Fowlerschen Gleichungen (25 a) und (25 b) zur Bestimmung der Austrittsarbeit und der Mengenkonstante.- a) Graphische Methode.- b) Numerische Methode.- c) Isochromatenmethode.- d) Abweichungen der Fowlerschen Theorie.- 11. Einfluß der Temperatur auf die Energieverteilung der Photoelektronen; Theorie Du Bridge.- a) Energieverteilung bei paralleler Plattenanordnung Kathode und Anode.- b) Energie Verteilung bei zentraler Anordnung der Kathode innerhalb einer kugelförmigen Anode.- c) Ermittlung der Energieverteilung innerhalb des Metalls durch Verringerung der Austrittsarbeit.- 12. Lichtelektrische Empfindlichkeit reiner Metalle.- 13. Einfluß der Kristallstruktur auf den äußeren lichtelektrischen Effekt.- 14. Adsorbierte Fremdatome und -molekeln auf Metalloberflächen.- 15. Änderung der lichtelektrischen Empfindlichkeit Metalloberflächen durch adsorbierte Fremdatome und -molekeln in monomolekularer Schichtdicke.- 16. Änderung der lichtelektrischen Empfindlichkeit Metalloberflächen durch dünne Metallfilme.- a) Adsorbierte Metallatome bis zu monoatomarer Schichtdicke.- b) Metallfilme in Schichtdicken mehreren Atomen.- 17. Lichtvektoreffekt; Deutung des spektralen Maximums dünner Alkali metallfilme.- 18. Ursprungsort der bei Alkalifilmen auf Trägermetallen ausgelösten Photo elektronen.- 19. Temperaturabhängigkeit des Photoeffektes bei adsorbierten Fremd atomen auf Trägermetallen.- 20. Zur allgemeinen Theorie des äußeren Photoeffektes reiner Metalle.- 21. Spektrale lichtelektrische Empfindlichkeit zusammengesetzten Photokathoden.- 22. Lichtelektrische Empfindlichkeit Verbindungen zwischen Alkali metallen und Halbmetallen.- 23. Lichtelektrische Empfindlichkeit organischen Alkalimetall-Additions Verbindungen.- 24. Anregung zusammengesetzter Photokathoden.- 25. Einfluß elektrischer Felder auf den äußeren Photoeffekt, Fleckenfeld theorie.- 26. Zur Theorie des äußeren Photoeffektes Halbleitern.- Literatur.- III. Innere lichtelektrische Effekte.- 27. Energiebändermodell im idealen Festkörper.- a) Mathematische Behandlung.- b) Freie Elektronen im Kristallgitter.- 28. Gitterstörungen und ihr Einfluß auf die Termstruktur im Bändermodell.- a) Baufehler.- b) Fehlordnung.- c) Sekundäre Gitterstörungen.- d) Gitterschwingungen.- e) Terme in der verbotenen Zone.- 29. Elektronische Leitfähigkeit.- a) Beweglichkeit.- b) Experimentelle Beweglichkeitsbestimmung.- c) Bestimmung der effektiven Masse.- 30. Anregung Elektronen.- a) Thermische Anregung.- b) Optische Anregung.- c) Elektrische Anregung.- d) Anregung durch Korpuskularstrahlung.- 31. Rekombinationsmechanismen.- a) Strahlende Rekombination.- b) Strahlungslose Rekombination.- 32. Reaktionskinetik.- a) Stationäre Probleme.- b) Nichtstationäre Vorgänge.- c) Nichtstationäre thermische Anregung.- 33. Elektronenschwankungserscheinungen.- a) Innere Schwankungseffekte.- b) Kontakt- und Randschichtrauschen.- c) Schwankungserscheinungen durch äußere Einflüsse.- 34. Photochemische Prozesse.- 35. Räumlich inhomogene Felder.- a) Randschichten.- b) Gleichrichter.- c) Sperrschichtphotoeffekt.- d) Inhomogene Anregung.- e) Oberflächenschichten.- f) Vermeidung Randschichteinflüssen bei Leitfähigkeitsmessungen.- Literatur.- IV. Herstellung von Photozellen mit äußerem Effekt.- 36. Aufbau eines Pumpstandes zur Evakuierung von Photozellen.- a) Hochvakuum.- b) Höchstvakuum.- 37. Eigenschaften der Gläser: Gasabgabe, Leitfähigkeit, spektrale Durchlässigkeit, Quarz und Glassorten, Einschmelzmaterialien.- 38. Darstellung reiner Metalle, Schmelzpunkte, Dampfdrucke, Destillationsverfahren, Azid-, Chlorid-, Chromat-, Thermitverfahren, Trägermetalle, Metallspiegel.- a) Destillationsmethode.- b) Azidverfahren.- c) Chlorid- und Chromatverfahren.- d) Thermitverfahren.- e) Elektrolyseverfahren.- f) Kathodenträgermetalle.- g) Metallspiegel als Kathodenträger.- 39. Darstellung reiner Gase (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase), Gasdosierung.- 40. Reinigung der Zellen, Entgasungsverfahren, Gasdruckmessung, Getter, Glühsender.- a) Reinigung und Entgasung.- b) Druckmessung.- c) Meßgrenze des lonisationsmanometers.- d) Getterung.- e) Hochfrequenzentgasung.- f) Lecksucher.- 41. Herstellung einiger wichtiger Photokathoden.- a) Herstellung einer [Ag]-Ag, Cs2O, Cs-[Cs]-Photokathode.- b) Herstellung einer Cäsium-Antimon-Kathode Cs2Sb.- c) Herstellung einer Kaliumhydrid-Kathode [K]-KH, K-[K].- d) Grenzen der Photoempfindlichkeit.- 42. Konstruktion verschiedener Zellentypen mit äußerem Photoeffekt.- a) Zellen mit zentraler Anode.- b) Zellen mit zentraler Kathode.- c) Zellen mit planparalleler Elektrodenanordnung.- d) Zellen mit gleichwertigen Elektroden.- 43. Verstärkung durch Stoßionisation.- 44. Photozellen für besondere Meßzwecke.- a) UV- und UR-Photozellen.- b) Zellen mit eingebauten Verstärkerstufen.- c) Zählrohre mit Photokathode.- Literatur.- V. Konstruktion und Herstellung von Photowiderständen und Photoelementen (Halbleiterzellen).- A. Photowiderstände.- 45. Herstellung der Elektroden.- 46. Herstellung von Selenwiderstandszellen.- 47. Herstellung von Thalliumsulfid- und Bleisulfidzellen.- a) Thalliumsulfidzellen.- b) Bleisulfidzellen.- c) Herstellung von Kadmiumsulfidzellen.- Literatur.- B. Photoelemente.- 48. Becquereleffekt-Zellen (Photolytic Cells).- 49. Konstruktion und Herstellung von Sperrschicht-Photoelementen.- a) Kupferoxydul-Sperrschichtzelle Cu-Cu2O.- b) Selen-Sperrschichtzellen.- c) Bleisulfid-Sperrschichtzellen.- Literatur.- VI Sekundärelektronen-Verstärkung.- 50. Verstärkung durch Sekundärelektronen-Emission (SEE), Energieverteilung, SEE verschiedener Stoffe, Meßmethoden.- a) Sekundärelektronen-Emission der Metalle.- b) Sekundärelektronen-Emission von Isolatoren, Halbleitern und intermetallischen Verbindungen.- c) Meßmethoden.- 51. Herstellung und Eigenschaften von Schichten hoher Sekundärelektronen-Emission.- a) Schichten vom Typus (Ag)-Cs2O-Cs.- b) Cäsium-Antimon-Schichten.- c) Silber-Magnesium-Legierungen.- d) Aluminium-Magnesium-Legierungen.- e) Nickel-, Kupfer- und Silber-Beryllium-Legierungen.- f) „Metallmischungen“.- 52. Vorstellungen zur Sekundärelektronen-Emission.- 53. Wirkungsweise, Aufbau und Ausführungsformen einiger Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV).- a) Wirkungsweise und Aufbau.- ?) Unfokussierte Sekundärelektronen-Vervielfacher S.- ?) Fokussierte Sekundärelektronen-Vervielfacher S.- b) Ausführungsformen einiger neuerer Sekundärelektronen-Vervielfacher.- ?) Lineare Plattenver vielfacher S.- ?) Platten vervielfacher mit kreisförmig angeordneten Platten S.- ?) Kästchenvervielfacher nach Maurer S.- ?) Netzvervielfacher S.- ?) Jalousievervielfacher S.- 54. Eigenschaften der technischen Sekundärelektronen-Vervielfacher.- a) Spektrale Ausbeuteverteilung von Photokathoden.- b) Thermische Emission und Feldemission der Photokathoden.- c) Verstärkungsfaktor.- d) Dunkelstrom.- e) Rauscheigenschaften.- f) Signal/Rausch-Verhältnis.- g) Ermüdungserscheinungen.- h) Kenndaten handelsüblicher SEV.- Literatur.- VII. Methoden und Apparate bei lichtelektrischen Messungen.- 55. Allgemeines über lichtelektrische Messungen.- A. Methoden direkter Photostrommessung (Leo).- 56. Messung Photoströmen mit Galvanometern. Einfluß des Galvanometerwiderstandes.- a) Photoelemente.- b) Photowiderstände.- c) Zellen mit äußerem Photoeffekt.- d) Zellen mit Sekundärelektronen-Vervielfachung (SEV).- B. Elektrostatische Meßmethoden (Leo und Suhrmann).- 57. Messung mit stationärem Elektrometerausschlag.- 58. Kompensation des Elektrometerausschlages (Nullmethode).- 59. Potential- und Zeitmeßmethode (Auflademethode).- a) Meßverfahren im Sättigungsgebiet.- b) Einfluß der Isolationsfehler.- c) Einfluß des Spannungsabfalls bei ansteigender Stromspannungskurve.- d) Kondensatornullmethode.- 60. Auflademethode mit periodischer Entladung.- 61. Anwendbarkeit und Meßgenauigkeit der verschiedenen elektrostatischen Methoden.- C. Instrumente und Hilfsmittel für elektrostatische Messungen (Leo und Suhrmann).- 62. Elektrometer.- 63. Hochohmwiderstände, Kondensatoren, Stoppuhren.- 64. Elektrostatischer Schutz und Isolation.- D. Photostrommessung mit Verstärkerröhren (Leo).- 65. Gleichstromverstärkung.- a) Allgemeines über das Arbeiten mit Elektronenröhren.- b) Elektrometerröhren.- c) Mehrstufige Gleichstromverstärker.- d) Störerscheinungen und Meßgrenzen bei Gleichstromverstärkung.- ?) Schroteffekt S.- ?) Rauscheffekt bei gasgefüllten Photozellen S.- ?) Wärmerauschen in Photo widerständen S.- 66. Wechselstromverstärkung.- a) Modulation des Photostroms.- b) Erzeugung von Wechsellicht.- c) Röhrenvoltmeter.- d) Mehrstufige Wechselstromverstärker.- e) Frequenzabhängigkeit Photozellen.- ?) Einfluß der Zellenkapazität S.- ?) Frequenzabhängigkeit gasgefüllten Photozellen S.- ?) Photo widerstände S.- ?) Photoelemente S.- E. Oszillographische Meßmethoden (Leo).- 67. Schnellschwingende Galvanometer und Schleifenoszillographen.- 68. Messung mit Kathodenstrahloszillographen.- F. Methoden und Apparate zur Ermittlung der spektralen Empfindlichkeits- kurve (Leo und Suhrmann).- 69. Spektrale Empfindlichkeit und Gesamtempfiadlichkeit.- 70. Lichtquellen.- a) Temperaturstrahler.- b) Gasentladungslampen.- c) Funkenlicht.- 71. Aussonderung von Spektralbereichen mit Filtern.- a) Absorptionsfilter.- b) Interferenzfilter.- 72. Lichtzerlegung mit Monochromatoren.- a) Bauarten.- b) Arbeitsweise mit Monochromatoren.- 73. Polarisiertes Licht.- 74. Vorrichtungen zum Messen der Lichtintensitäten.- a) Thermoelemente, Thermosäulen und Bolometer.- b) Spannungsempfindliche Galvanometer.- c) Anzeigeverstärkung. Kompensationseinrichtungen.- d) Energiemessung und Photostrommessung im gleichen Strahlungsfeld.- e) Anwendung einer Vergleichszelle.- Literatur.- VIII Anwendungen der Photozelle in der Photometrie.- 75. Allgemeines über Lichtmessung mit Photozellen.- a) Leistungsvergleich von Photozellen mit anderen Strahlungsempfängern. Meßgenauigkeit.- b) Anforderungen an Zellen für photometrische Zwecke.- 76. Photometrierung von Lichtquellen. Lichtelektrische Pyrometrie.- a) Allgemeines zur Photometrierung unzerlegten Lichtes verschiedener Farbtemperatur.- b) Einfache Beleuchtungsmesser.- c) Lampenphotometer.- d) Registrierverfahren. Messung der räumlichen Lichtverteilung und des Gesamtlichtstromes.- e) Technische Lampenphotometer.- f) Bestimmung der Farbtemperatur.- g) Lichtelektrische Pyrometer.- 77. Reflexions- und Glanzmessung.- 78. Absorptions- und Trübungsmessung.- a) Grundsätzliche Meßverfahren.- b) Lichtschwächungseinrichtungen.- c) Trübungsmeßgeräte.- d) Schwärzungsphotometer.- e) Registrierende Schwärzungsphotometer.- 79. Spektralphotometrie.- a) Zellen für spektralphotometrische Zwecke.- b) Meßverfahren.- c) Technische Ausführung. Registrierende Spektralphotometer.- d) Kolorimetrie.- e) Lichtelektrische Titration.- f) Flammenphotometer.- 80. Spezielle Anwendungsgebiete.- a) Anwendung von Photozellen in der Refraktometrie und Polarimetrie.- b) Photoelektrische Belichtungsmesser für photographische Zwecke.- c) Photometer für meteorologische und biologische Zwecke.- d) Lichtelektrische Helligkeitsmessung und Ortsbestimmung Sternen.- Literatur.- IX. Anwendung der Photozelle im elektronenoptischen Bildwandler und Röntgenbildverstärker.- 81. Wirkungsweise des Bildwandlers bzw. Bildverstärkers.- 82. Technische Ausführungen Bildwandlern bzw. Bildverstärkern.- 83. Bild Wandlersonderausführungen.- a) Bildwandler mit Nachbeschleunigung.- b) Bildwandler-Dioden.- c) Doppelbildwandler (Kaskadenbildwandler).- d) Halbleiterbildwandler (Elektronenspiegel).- e) Elektrolumineszenz-Licht- bzw. Bildverstärker.- 84. Röntgenbildverstärker.- 85. Anwendung des Bildwandlers und Bildverstärkers.- Literatur.- X. Die Photozelle in der Fernsehtechnik.- 86. Mechanische Bildsignalgeber.- A. Elektronische Bildsignalgeber ohne Speicherwirkung.- 87. Leuchtschirm- (Lichtpunkt-) Abtaster.- 88. Sondenröhre.- B. Elektronische Bildsignalgeber mit Speicherwirkung.- 89. Bildaufnahmeröhren mit schnellen Abtastelektronen.- a) Ikonoskop.- ?) Aufbau, Konstruktion und Herstellung Ikonoskopen S.- ?) Wirkungsweise des Ikonoskops S.- b) Superikonoskop (Zwischenbild-Ikonoskop).- ?) Aufbau S.- ?) Konstruktive Durchbildung und Herstellung S.- ?) Wirkungsweise und Eigenschaften S.- ?) Störsignale und Schwarzpegel S.- c) Aufnahmeröhren mit innerem Photoeffekt.- 90. Bildaufnahmeröhren mit langsamen Abtastelektronen.- a) Zur Elektronenoptik der CPS-Röhren.- b) Orthicon.- ?) Aufbau S.- ?) Eigenschaften S.- c) CPS-Emitron.- ?) Aufbau S.- ?) Eigenschaften S.- d) Image Orthicon.- e) Vidicon.- ?) Aufbau S.- ?) Wirkungsweise S.- ?) Eigenschaften S.- Literatur.- XI Besondere Anwendungsgebiete des Sekundärelektronen-Vervielfaeliers in Verbindung mit dem Photoeffekt.- 91. Der Sekundärelektronen-Vervielfacher in der Astronomie.- 92. Der Sekundärelektronen-Vervielfacher in der Fernsehtechnik.- 93. Der Sekundärelektronen-Vervielfacher als Zähler von Korpuskeln und Strahlungsquanten.- a) Direktmethode.- b) Indirekt- oder Szintillationsmethode.- Literatur.- XII. Besondere Anwendungsgebiete der Photozelle.- 94. Der Tonfilm (Simon).- 95. Anwendungen der Photozelle in Überwachungs- und Sicherungseinrichtungen und als Steuerorgan (Leo).- a) Signalgebung durch lichtelektrisch betätigte Relais.- b) Zeitmessung und Übertragung Zeitsignalen mit Photozellen.- 96. Anwendung der Kadmiumsulfidzelle in der Röntgentechnik (Simon).- a) Dosimetrie.- b) Verschiedene andere Anwendungen.- 97. Verwendung Photoelementen zur Umwandlung der Sonnenstrahlung in elektrische Energie (Simon).- Literatur.- Anhang zu Kapitel V. B (Simon).- Literatur.