Der lichtelektrische Effekt und seine Anwendungen

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.