光电检测器件光电检测器

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1、第三章光电检测器件一.光电器件的基本特性参数二.真空光电器件三.半导体光电器件四.光电检测器件的性能比较光电检测器件第二节：真空光电探测器件一、光电发射材料材料种类：纯金属材料、半导体材料，表面吸附其他元素的金属。良好的光电发射材料的具备条件：①光吸收系数大；②光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大；③表面势垒低，使表面逸出几率大。常用的光电阴极材料反射系数大(约为99％)、吸收系数小、碰撞损失能量大、逸出功大－－适应对紫外灵敏的光电探测器。光吸收系数大得多，散射能量损失小，量子效率比金属大得多－－光谱响应：可见光和近红外波段。金属：半导体：

2、常规光电阴极负电子亲和势阴极半导体材料广泛用作光电阴极（1）、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极1、常规光电阴极峰值波长：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。最早的光电阴极，主要应用于近红外探测（2）单碱锑化物：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％，蓝光区量子效率高达30%，长波限为：600nm。广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。光谱响应范围较窄对红光＆红外不灵敏CsSb阴极

3、最为常用，紫外和可见光区的灵敏度最高（3）多碱锑化物：Sb－Na－K－Cs最实用的光电阴极材料，高灵敏度、宽光谱，红外端延伸930nm，用于宽带光谱测量仪，扩展到近红外。（4）紫外光电阴极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，这种阴极通常称为“日盲”型光电阴极。“日盲”型光电阴极实用的两种：碲化铯(CsTe)－－长波限为0.32μm碘化铯(Csl)－－长波限为0.2μm。响应范围(100—280nm)2.负电子亲和势阴极两个问题：1.什么是负电子亲和势2.为什么NEA阴极的量子效率高于正电子亲和势阴极？2.负电子亲和势阴极价带中的电子吸收光

4、子能量，跃迁到导带底以上，成为热电子（受激电子能量超过导带底的电子）。在向表面运动的过程中，由于碰撞散射而发生能量损失，故很快就落到导带底而变成冷电子（能量恰好等于导带底的电子）。热电子的平均寿命非常短，约10-14～10-12s。如果在这么短的时间内能够运动到真空界面，自然能逸出。但是热电子的逸出深度只有几十纳米，绝大部分电子来不及到达真空界面，就已经落到导带底变成冷电子了。冷电子的平均寿命比较长，约10-9～10-8s，。对于NEA来说，因为体内冷电子能量仍高于真空能级，所以它们运动到真空界面时，可以很容易地逸出。因此NEA量子效率比常规发射体高得多。N

5、EA与PEA的对比（见书60页）PhotomultiplierTube简称PMT1.基本结构二、光电倍增管电子光学系统光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。光电倍增管的结构及原理光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。硼硅玻璃（无钾玻璃）常

6、用的玻璃材料，可以透过从近红外至300nm的入射光，不适合于紫外区的探测。透紫玻璃（UV玻璃）很好地透过紫外光，和硼硅玻璃一样被广泛使用。分光应用领域一般都要求用透紫玻璃，其截止波长可接近185nm。窗口材料合成石英紫外光波长延伸至160nm氟化镁（镁氟化物）极好的紫外线透过性，接近115nm，蓝宝石紫外光波长延伸至150nm当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射

7、能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电检测器件说明：阴极室的结构与光阴极K的尺寸和形状有关,它的作用是把阴极在光照下由外光电效应产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上。二次发射倍增系统是最复杂的部分。打拿极主要选择那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏度和二次发射系数的材料制成。常用的打拿极材料有锑化铯、氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等。打拿极的形状应有利于将前一级发射的电子收集到下一极。光电检测器件在各打拿极D1、D2、D3…和阳极A上依次加有逐渐增高的正电压,而且相邻两极之间的电压差应使二次发射系数大于1。这样,光阴极发射

8、的电子在D1电场的作用下以高速射向打拿极D1,产生更