《光电传感与检测器》PPT课件

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1、光电传感与检测技术第3章半导体光电检测器件及应用第3章半导体光电检测器件及应用主要内容：3.1真空光电器件光电阴极、光电管、光电倍增管、微通道板光电倍增管3.2光电导器件光敏电阻3.3结型光电器件光电池、光敏二极管、三极管、光电耦合器件、光电位置敏感器件电荷耦合器件3.4光热辐射检测器件真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管和一个光电阴极，光电阴极和其它元件都放在真空管中。真空光电器件包括光电管和光电倍增管。能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体在光电器件中常与阴极

2、相联系故又称为光电阴极。什么是光电阴极?光电阴极的主要参数2.量子效率3.光谱响应曲线4.热电子发射1.灵敏度1概述３.１真空光电器件光照灵敏度色光灵敏度光谱灵敏度（1）灵敏度①光照灵敏度在一定的白光照射下，光电阴极的光电流与入射的白光光通量之比，所以也称白光灵敏度或积分灵敏度。②色光灵敏度就是局部波长范围的积分灵敏度。它表示在某些特定的波长区域，阴极光电流与入射光的光通量之比。一般用插入不同的滤光片来获得不同的光谱范围，滤光片的透射比不同(如上图)，分别称为蓝光灵敏度、红光灵敏度及红外灵敏。③光谱灵敏度确定

3、波长的单色光照射时，光电阴极发出的光电流与入射的单色光通量之比。色温2856K的钨丝灯（2）量子效率阴极发射的光电子数Ne(λ)与入射的光子数Np(λ)之比，称为量子效率:Q(λ)=Ne(λ)/Np(λ)光电阴极受特定波长的光照射时，（3）光谱响应曲线光电阴极的光谱灵敏度与入射光波长的关系曲线，称为光谱响应曲线。（4）热电子发射光电阴极中有一些电子的热能有可能大于光电阴极逸出功，热电子发射会引起噪声。因而可产生热电子发射室温下典型光电阴极每秒每平方厘米发射的热电子相当于l0-16～10-17A/cm2的电流密

4、度。光电阴极一般分为透射型与反射型两种：不透明阴极通常较厚，光照射到阴极上，光电子从同一面发射出来，所以不透明光电阴极又称为反射型阴极透射型阴极通常制作在透明介质上，光通过透明介质后入射到光电阴极上。光电子则从光电阴极的另一边发射出来，所以透射型阴极又称为半透明光电阴极。光电子的逸出深度是有限的，因此，所有半透明光电阴极都有一个最佳厚度。2光电阴极①Ag-O-Cs具有良好的可见和近红外响应。透射型光谱响应:300nm到1200nm，反射型光谱响应:300m到1100nm。Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外

5、探测。②单碱锑化合物(PEA)以金属锑Sb与碱金属如锂、钠、钾、铯中的一种构成的化合物，都是能形成具有稳定光电发射的发射材料，CsSb最为常用，在紫外和可见光区的灵敏度最高。③碱锑化合物(PEA)是指锑Sb和几种碱金属形成的化合物，包括双碱锑材料Sb-Na-K、Sb-K-Cs和三碱锑材料Sb-Na-K-Cs等，Sb-Na-K-Cs是最实用的光电阴极材料，具有高灵敏度和宽光谱响应，其红外端可延伸到930nm。④负电子亲合能材料(NEA)它们的真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势变为负值，这种材料称作负电

6、子亲和势光电阴极材料。常用光电阴极材料：在某些应用中，要求光电阴极材料只对所探测的紫外辐射灵敏，对可见光无响应。这种材料通常称为“日盲”型光电阴极材料，也称紫外光电阴极材料。目前实用的紫外光电阴极碲化铯(CsTe)和碘化铯(Csl)两种。长波限为0.32µm长波限为0.2µm负电子亲和势材料制作的光电阴极与正电子亲和势材料光电阴极相比a量子效率高b光谱响应率均匀c热电子发射小d光电子的能量集中具有以下四点特点：真空能级位于导带之上表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下⑤紫外光电阴极材料光电管是一个抽真空或充惰

7、性气体的玻璃管，内部有光阴极、阳极，光阴极涂有光敏材料，当光线照射在光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产生电子发射。电子被带有正电的阳极吸引，在光电管内形成电子流，电流在回路电阻R上产生正比于电流大小的压降。入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比3光电管主要用于：分光光度计、光电比色计等分析仪器和各种自动装置。光电管主要由玻壳（光窗）、光电阴极和阳极三部分组成光电管内可以抽成真空也可以充入低压惰性气体，所以有真空型和充气型两种。(a)侧窗式(b)端窗式图5-7光

8、电倍增管类型4光电倍增管光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。如核仪器中闪烁探测器都使用的是光电倍增管做光电转换元件。光电倍增管是在光电管的基础上研制出来的一种真空光电器件，在结构上增加了电子光学系统和电子倍增极，因此极大的提高了检测灵敏度。光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。(a)侧窗式(b)端窗式图5-7光电倍