zm光电子发射探测器

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1、光电探测与信号处理第三章光电探测器华中科技大学1第三章光电探测器教学内容课内学时课外学时3.1光电子发射探测器(PE)3.2光电导探测器4h4h3.3光伏探测器3.3.1光伏效应及其特性曲线3.3.2几种典型光伏器件3.3.3光伏探测器的主要特性4h4h3.4热电探测器3.4.1基本原理3.4.2热电偶和热电堆3.4.3测辐射热计(Bolometers)3.4.4热释电器件4h4h3.5光电成像器件3.5.1像管3.5.2摄像管3.5.3CCD固体摄像器件(ChargeCoupledDevice)3.5.4C

2、MOS图像传感器3.6各类光电探测器的性能及应用比较4h8h2光电发射器件是基于外光电效应的器件3.1光电子发射探测器(PE-PhotoEmission)3dynodeMicrochannelplates光电管光电倍增管像增强管4优点：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，体积大光电发射器件的特点许多应用领域被性价比更高、体积小巧便于集成的半导体光电器件所替代，但在微弱光信号探测、快速光脉冲探测等方面仍占优势。53.1.1光电阴极3.1.2光电管、像增强管3.1.3光电倍增管一、光

3、电倍增管组成及工作原理二、光电倍增管的主要特性参数三、光电倍增管的供电电路四、光电倍增管的应用五、小结63.1.1光电阴极将不同波长的各种辐射信号转化为电信号，均依赖光电阴极；光电阴极关系到光电器件的各项光电性能7一、光电阴极的主要参数1.灵敏度2.量子效率3.光谱响应4.暗电流81.灵敏度包括光谱灵敏度与积分灵敏度。（1)光谱灵敏度定义在单色（单一波长）辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与单色辐射通量φe,λ之比为光电阴极的光谱灵敏度Se,λ。（µA/W或A/W）9（2）积分灵敏度定义：在某波长范围

4、内的积分辐射作用于光电阴极时，光电阴极输出电流Ik与入射辐射通量φe之比。在可见光波长范围内的“白光”作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射光通量φv之比为光电阴极的白光灵敏度Sv。（mA/W或A/W）(mA/lm)10２.量子效率定义在单色辐射作用于光电阴极时，光电阴极发射单位时间发射出去的光电子数Ne,λ,与入射的光子数之比为光电阴极的量子效率ηλ（或称量子产额）。即量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们之间的关系为113.光谱响应曲线光电发射阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的关系

5、曲线称为光谱响应。4.暗电流光电发射阴极中少数处于较高能级的电子在室温下获得了热能产生热电子发射，形成暗电流。光电发射阴极的暗电流与材料的光电发射阈值有关。一般光电发射阴极的暗电流极低，其强度相当于10-16~10-18A/cm2的电流密度。12二、光电阴极材料1.单碱与多碱锑化物光阴极单碱：金属锑（Sb）与碱金属锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷(Rb)、铯（Cs）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(Cs3Sb)，其阴极灵敏度最高。长波限约为650nm，对红外不灵敏，广泛用于紫

6、外和可见光区的光电探测器中。锑化铯阴极的峰值量子效率较高，一般高达20%～30%，比银氧铯光电阴极高30多倍。多碱：两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。其量子效率峰值可高达30%。暗电流低，光谱响应范围宽。双碱阴极锑钾钠（Na2KSb），锑铯钾（K2CsSb）；三碱阴极锑钾钠铯（NaKSbCs）132.银氧铯与铋银氧铯光电阴极银氧铯(Ag-O-Cs)阴极是最早使用的实用光阴极。它的特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳壁上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧化，对于半透明银膜由于

7、基层电阻太高，不能用放电方法而用射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处理，形成Ag-O-Cs薄膜。银氧铯光电阴极的光谱响应有两个峰值，一个在350nm处，一个在800nm处。光谱范围在300nm到1200nm之间。量子效率不高，峰值处约0.5%～1%左右。银氧铯使用温度可达100℃，但暗电流较大，且随温度变化较快。14将近红外区具有高灵敏度的Ag-O-Cs阴极和蓝光区具有高灵敏度的Bi-Cs-O阴极相结合，可以获得在整个可见光谱内有较均匀响应和高灵敏度的铋银氧铯光电阴极。铋银氧铯光电阴极制作方法很多，

8、四种元素可以有不同的结合次序，如Bi-Ag-O-Cs,Bi-O-Ag-Cs,Ag-Bi-O-Cs等。量子效率可达10％，约为Cs3Sb光电阴极的一半，其优点是光谱响应与人眼相匹配。1516暗电流比较：Ag-O-Cs>Bi-Ag-O-Cs>Cs3Sb量子效率比较：Ag-O-Cs