第三章--光电探测器件ppt课件.ppt

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1、第三章光电子发射探测器探测器件热电探测元件光电探测元件气体光电探测元件外光电效应内光电效应非放大型放大型光电导探测器光磁电效应探测器光生伏特探测器本征型掺杂型非放大放大型真空光电管充气光电管光电倍增管变像管摄像管像增强器光敏电阻红外探测器光电池光电二极管光电三极管光电场效应管雪崩型光电二极管表1：探测器件分类光导管或光敏电阻光电池光电二极管雪崩光电二极管肖特基势垒光电二极管光电磁探测器光子牵引探测器光电导(本征和非本征)光生伏特PN结和PIN结(零偏)PN结和PIN结(反偏)雪崩肖特基势垒异质结3.光电磁光子牵引内光电效应光

2、电管充气光电管光电倍增管象增强管1.光阴极发射光电子正电子亲和势光阴极负电子亲和势光阴极2.光电子倍增气体繁流倍增打拿极倍增通道电子倍增外光电效应相应的探测器效应表2光子效应分类光电效应定义：物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质中电子运动状态发生变化；因此，把由光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。1.原因：是辐射，而不是升温；2.现象：电子运动状态发生变化；3.结果：光电子发射、电导率变化、光生伏特。在理解上述定义时必须掌握以下三个要点：光对电子的直接作用是物质产生光电效应的起因光电效应的起因：在光的作用下，当光

3、敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。这里需要说明的是，如果光子不是直接与电子起作用，而是能量被固体晶格振动吸收，引起固体的温度升高，导致固体电学性质的改变，这种情况就不是光电效应，而是热电效应。光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子的运动规律。由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。外光电效应，是指物

4、质受光照后而激发的电子逸出物质的表面，在外电场作用下形成真空中的光电子流。这种效应多发生于金属和金属氧化物。内光电效应，是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。这种效应多发生于半导体内。内光电效应又可分为光电导效应、光生伏特效应和光磁电效应等。外光电效应和内光电效应的主要区别在于：受光照而激发的电子，前者逸出物质表面形成光电子流，而后者则在物质内部参与导电。简单记为：光辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射。§3-1光电子发射探测器3.1.1光电子发射效应3.1.2光电发

5、射材料3.1.3光电倍增管（一）光电发射原理1887，德国物理学家赫兹发现金属或半导体在光的照射下吸收光子激发出自由电子，当吸收的能量足以克服原子核对电子的束缚时，电子就会脱离原子核逸出物质的表面，这就是物质的光电发射现象，也称为外光电效应。是真空光电器件光电阴极的物理基础。3.1.1光电发射效应PhotoelectriceffectHeinrichHertz（l857—1894）AHeuristicInterpretationoftheRadiationandTransformationofLight电子逸出功：电子逸出功

6、是描述材料表面对电子束缚强弱的物理量，在数量上等于电子逸出表面所需的最低能量，也可以说是光电发射的能量阈值。能产生光电发射效应的物体，称为光电发射体，在光电管中又称为光阴极。（二）光电发射基本定律当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，入射辐射通量越大（携带的光子数越多），激发电子逸出光电发射体表面的数量也越多，因而发射的光电流就增加，因此，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射辐射通量（光强度）成正比：1.光电发射第一定律——斯托列托夫定律：I：饱和光电流;k：光电发射灵敏度常数；：入射辐射通量光电子的最大

7、动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关：显然，当时，逸出电子无动能，那么，就不会产生光电发射，因此，光电发射存在长波限。2.光电发射第二定律——爱因斯坦定律：m为电子质量vmax为电子逸出后的最大速度；h为普朗克常数：Ew为光电发射体的逸出功（1）光电效应的有、无只与入射光的波长、频率有关，与入射光的强度无关；——光电效应的产生，唯一的取决于入射光的波长、频率以及器件的能级结构。（2）光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。——入射光的强弱反映入射光子数的多少；入射光的波长、频率不同，器件对其的

8、响应度不同。光电效应的特性是：（三）光电效应发生的条件：截止频率截止波长可见，Ew小的发射体才能对波长较长的光辐射产生光电发射效应。1eV=1.602×10-19(J)一些金属的极限波长(nm)：铯     钠    锌    银     铂652540372260196（四）光电发射的基