光电子发射探测器

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1、光电信号检测第三章光电子发射探测器光电子发射探测器是基于外光电效应的光电探测器，也称为真空光电探测器。在光辐照下，探测器内光敏材料的电子得到足够的光子能量后，就会逸出光敏材料表面而进入外界空间，在空间电场的作用下便形成电流。光电子发射探测器主要包括光电管和光电倍增管两类。光电倍增管的特点：具有较高的内增益，其二次发射增益因子可高达107；响应速度快。应用：广泛应用于航天、遥感、材料、生物、医学等领域。用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号。9/16/20212当光照射某种物质时，若入射光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物

2、质表面，这就是光电子发射效应（外光电效应），逸出物质表面的电子叫光电子。爱因斯坦方程——电子能量转换公式§3-1光电子发射效应逸出功或功函数电子逸出物质表面时的动能9/16/20213一、金属的光电子发射金属中自由电子的能量服从费米分布。EFEAT=0T>0电子能量分布表面势垒E费米能级散射损耗表面势垒高度，即金属对电子的亲和势费米能级，也是能量最大的电子的能量入射光子能量光电子动能T＝0的电子：9/16/20214T>0K时，有一部分电子的能量比费米能级EF高出δE，电子的最大动能高于T＝0K时的情况。EFEAT=0T>0电子能量分布表面势

3、垒E费米能级9/16/20215性能优异的原因：反射系数小，吸收系数大阴极导电性适中——能量损耗小，电子补充不困难大量的发射中心（价带电子密度高）逸出功小——量子效率高二、半导体的光电子发射9/16/20216半导体中光电子发射的过程：1.对光子的吸收：本征发射：光电子来源于价带；量子效率高（20％－30％）杂质发射：光电子来源于杂质能级；量子效率低（1％）自由载流子发射：光电子来源于自由电子；可忽略9/16/202172.光电子向表面的运动：要克服晶格散射，与价电子碰撞等的能量耗散（表面特性影响其量子效率）。吸收系数越大，光子穿越深度越浅，

4、发射效率越高。另外，要选择Eg值，避免二次电子空穴的产生。9/16/202183.克服表面势能的逸出：光电子从发射中心激发后，从导带底逸出所需的最低能量要大于逸出功半导体的逸出功由两部分组成：9/16/20219光电子发射材料的分类：纯金属材料掺杂金属或半导体：表而吸附一层其他元素原子的金属和半导体材料；光电阴极——应用最广：用作光电管、光电倍增管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电器件中的光电阴极。作用：将不同波长的各种辐射信号转换为电信号，因此，光电子发射材料决定了光电器件的各项性能。§3-2光电子发射材料9/16/202110一、光电阴

5、极的主要参数1.光照灵敏度（光照灵敏度／色光灵敏度／光谱灵敏度）（1）光照灵敏度：表示光电阴极在一定的白光(通常为色温2856K的钨丝灯)照射下，阴极光电流与入射的光通量之比。光照灵敏度也称白光灵敏度或积分灵敏度，单位为μA/lm。9/16/202111(2)色光灵敏度：就是局部光谱区域的积分灵敏度。它表示在某些特定的波长区，通常用特性已知的滤光片(蓝色为QB24、红色为HB11、红外为HWB3)插入光路，然后测得的光电流与未插入滤光片时阴极所受光照的光通量之比。根据插入滤光片的光谱透射比的不同，它又分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度及红外灵敏度

6、。它们与光照灵敏度的比值分别称为蓝白比、红白比和红外白比。9/16/202112(3)光谱灵敏度：表示某一波长的单色辐射照到光电阴极上，阴极光电流与入射的单色辐射通量之比。用S(λ)表示，单位为mA/W或A／W。9/16/2021132．量子效率量子效率：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(λ)与入射的光子数NP(λ)之比值，称为量子产额，用符号Q(λ)表示，即量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系如下：9/16/2021143．光谱响应曲线光电阴极的光谱灵敏度（或量子效率）与入射辐射波长

7、的关系曲线，称为光谱响应曲线。真空光电器件中的长波灵敏度极限，主要由光电阴极材料的长波限λ0决定。4．热电子发射光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因而产生热电子发射。室温下典型阴极每秒每平方厘米发射二个数量级的电子，相当于10－16～10－17Acm－2的电流密度。这些热发射电子会引起噪声，限制着探测器的灵敏度极限。9/16/202115二、常用的光电发射材料一个良好的光电发射材料应具备下述条件：(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；(3)表面势垒低，使表面逸出几率大。金属由于其反射系数大、吸收系数小、

8、体内自由电子多而引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因而不满足上述三个条件。大多数金属的光谱响应都在紫外或远紫外区，只能适应对紫外灵敏的光电探测器。半导体光发射材料的光