3-2-1光电子发射探测器

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1、第三章光电探测器3.1光电探测器的物理基础3.2光电子发射探测器3.3光电导探测器3.4光伏探测器3.5热电探测器3.6光电成像器件3.7各类光电探测器的性能及应用比较13.2光电子发射探测器真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器。滨淞光子（Hamamatsu）R3896光电倍增管2真空光电器件光电管光电倍增管特点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小。缺点：结构复杂，工作电压高，体积大。33.2.1半导体的光电子发射1.费米能级、真空能级、逸出功2.金属材料与半导体材料的光电子发射比较1）反射系数小，吸收系数大；2）光电子运动中能量损失小，

2、补充容易；3）存在大量发射中心；4）逸出功小。3.电子亲和势、半导体材料的逸出功（i，n，p）4.半导体光电发射的三个步骤43.2.2光电阴极一、光电阴极的主要参数1.灵敏度光谱灵敏度：光电阴极对于一定波长辐射光的灵敏度就称为光谱灵敏度。光照灵敏度：对于复合光(或称白光)的灵敏度就称为积分灵敏度(通常光照灵敏皮就是指积分灵敏度)。5２.量子效率它表示一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数Ne()与入射的光子数Np()之比。也称量子产额Q()。3.光谱响应曲线４.热电子发射：引起暗电流和暗噪声，从而限制探测灵敏度。61.银氧铯

3、(Ag-O-Cs)光电阴极峰值波长：350nm,800nm光谱响应范围约300-1000nm；量子效率约0.5％；使用温度100°C；暗电流大。二、常规光电阴极72.单碱锑化物光电阴极金属锑与碱金属锂、钠、钾、铷、铯中的一种化合，能形成具有稳定光电发射的发射体。最常用的是锑化铯（CsSb），其阴极灵敏度最高，量子效率为15－25％，长波限为：600nm。广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。3.多碱锑化物光电阴极当锑和几种碱金属形成化合物时，具有更高的响应率。长波限可达930nm，扩展到近红外。84.紫外光电阴极通常来说对可见光灵敏的光电阴极对紫

4、外光也有较高的量子效率。有时，为了消除背景辐射的影响，要求光电阴极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无响应。紫外光电阴极碲化铯(CsTe,320nm，峰值波长250nm，量子效率：12.4％)碘化铯(CsI,200nm，峰值波长120nm，量子效率：20％)9三、负电子亲和势光电阴极常规的光电阴极属于正电子亲和势(PEA)类型，即表面的真空能级位于导带之上。如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经过特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。10EA1Eg1Eg2EA2

5、Ev1Ec1E0Ec2Ev2SiCs2O对于P型Si的发射阈值是Ed1=EA1+Eg1,电子进入导带后需要克服亲和势EA1才能逸出表面。由于表面存在n型薄层，使耗尽区的电位下降，表面电位降低Ed。光电子在表面受到耗尽区电场的作用。1.原理11Ev1EC1EfEAeE0EdEA2Ev2+++---Si-CsO2光电阴极：在p型Si基上涂一层金属Cs，经过特殊处理而形成n型Cs2O。在交界区形成耗尽层，耗尽区的电位下降Ed,造成能带弯曲。从Si的导带底部漂移到表面Cs2O的导带底部。此时，电子只需克服EA2就能逸出表面。对于P型Si的光电子需克服的有

6、效亲和势为EAe=EA2-Ed由于能级弯曲，使Ed>EA2,这样就形成了负电子亲和势。122.与正电子亲和势阴极的区别1）参与发射的电子是导带的热化电子，或称为“冷”电子；２）NEA阴极中导带的电子逸入真空不需作功。133.特点1）高吸收，低反射性质；2）高量子效率，50%~60%,长波到达9%;3）光谱响应可以达到1μm以上；4）冷电子发射光谱能量分布较集中，接近高斯分布5）光谱响应平坦；6）暗电流小；7）在可见、红外区，能获得高响应度；8）工艺复杂，售价昂贵。14§3.2.2光电管与光电倍增管的工作原理一、真空光电管1、结构与工作原理真空光电

7、管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。15光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。2.特点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。3.缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等16国产光电管的技术参数17光电管实物18二、光电倍增管1.光电倍增管组成光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要

8、部分组成。19202.工作原理入射光阴极K第一倍增极第二倍增极第三倍增极第四倍增极阳极A211）光子透过入射窗口入射在光电阴极上;2）光