光电子技术第3章

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1、第三章光电子发射探测器1.光电子发射探测器：基于光电效应的光电探测器，也叫真空探测器。光→光敏材料发射电子→电流2.分类光电管：正逐渐被价格低廉，性能稳定的半导体光电探测器取代。高内增益：107（二次发射增益因子）可敏感单个光电子，适合微光探测。光电倍增管响应速度快：适合快速脉冲弱光信号探测。第三章光电子发射探测器§3.1光电子发射效应概述：光电子发射效应（外光电效应），逸出物质表面的电子叫做光电子。物理基础：爱因斯坦方程：：物体的逸出功或功函数：物体逸出表面时的速度一.金属的光电子发射图３-1说明金属能级分布规律：EF:费米能级EA

2、:表面势垒的高度，也称金属对电子的亲和势。情况1：T=0K时，能量最大电子处于费米能级上(3-1)电子逸出表面的运动能:①当各种散射损耗=0时，最大，②金属逸出功：代入公式3-1得:此为：T=0K时，爱因斯坦方程。第三章光电子发射探测器情况2：T>0K时:由图3-1可知，存在高于费米能级的电子因此电子存在，∴存在的一个拖尾。爱因斯坦方程不再成立！！思考：为什么T＞0Ｋ时爱因斯坦方程不成立？特例：常温时，的电子很少，拖尾现象很小，近似认为爱因斯坦定律在室温下是成立的。二、半导体的光电子发射为什么金属发射电子少而半导体易于发射？第三章光电

3、子发射探测器①表面逸出功高。金属：②表面反射强，对光辐射的吸收率低。③内部存在大量电子，相互碰撞损失能量。①对入射光反射系数小，吸收系数大，在长波限就有电子发射。ａ：趋向表面运动的过程中②阴极层导电性适中：损失能量比金属小；半导体ｂ：传导电子的补充不发生困难。③半导体中存在着大量的发射中心（价带中有大的电子密度）。④小的光电逸出功，较高的量子效率。第三章光电子发射探测器半导体中光电子发射过程：（三步）⑴对光电子的吸收：：逸出：在半导体中，对光电导有贡献。本征发射：本征吸收系数高，量子效率高20～30%。光电子：　杂质发射：浓度<1%，

4、量子效率低，约为1%，吸收系数低。自由载流子发射：微不足道。第三章光电子发射探测器⑵光电子向表面的运动电子散射可以忽略。晶格散射和光电子与价带中电子碰撞。半导体的本征吸收系数大：↑↑，光电子效率越高，6～30mm深度。避免二次电子－空穴对：产生条件：能量是半导体带隙能量的2～3倍。∴选Eg高的半导体，可避免二次发射。⑶克服表面势能的逸出　　能量大于表面势垒否？本征半导体：逸出功：第三章光电子发射探测器杂质半导体：两部分能量：电子从发射中心激发到导带所需的最低能量。从导带底逸出所需的最低能量（电子亲和势）。第三章光电子发射探测器§3.2

5、光电子发射材料纯金属材料有三大类　表面吸附一层其他元素的金属和半导体材料。光电阴极:（光电管，光电倍增管，变像管，像增强管和一些摄像管等）。一、光电阴极的主要参数1.灵敏度⑴光照灵敏度：（白光灵敏度，积分灵敏度）光电阴极在一定的白光（色温为2856K的钨丝灯）照射下，阴极光电流与入射的光通量之比。单位为μA/lm。第三章光电子发射探测器⑵色光灵敏度：局部光谱区域的积分灵敏度在某些特定的波长下，通常用特性已知的滤光片插入光路，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。和光照灵敏度的比值。蓝光灵敏度：QB24蓝白比红光灵敏

6、度：HB11红白比红外灵敏度：HWB3红外白比图3-5为滤光片的光谱透射比第三章光电子发射探测器⑶光谱灵敏度：表示一定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。单位：mA/W,A/W。２．量子效率：量子产额：⑴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　　　与入射的光子数　　　之比值。⑵和光谱灵敏度间的关系第三章光电子发射探测器３．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的关系曲线。注意：真空光电器件中的光波灵敏度极限主要由光电阴极材料的长波限决定。实际上由阴极材料本身的能级和电子

7、亲和势决定。４．热电子发射：⑴定义：光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因此产生热电子发射。室温下的典型值：10-16～10-17Acm-2电流密度。⑵作用：引起热噪声，限制探测器的灵敏度极限。第三章光电子发射探测器二、常用光电发射材料１．良好光电发射材料应具备的条件：⑴光吸收系数大；⑵光电子在体内传输过程中的能量损失小；⑶表面势垒低，使表面逸出几率大。２．常见材料的发射特性：金属：　反射大→吸收小→碰撞能量损失大→逸出功大∵紫外光能量大，∴只能做紫外探测器半导体：反射小→吸收大→碰撞小能量损失少→逸出功小∴可用到近红外区第

8、三章光电子发射探测器(一)银化铯　　　　阴极１．结构：见图a。２．光谱特性：见图b长波限：1.2μm两个峰值350nm;800nm。是最早出现的近红外灵敏器，具有重要的军事应用价值。３．缺点：a.灵敏度低：光照灵敏度：3