第三章 光电子发探测器.ppt

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1、第三章光电子发射探测器光电子技术§3-1光电子发射效应外光电效应——光电子发射效应photoemission(PE)金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hn足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。它是真空光电器件光电阴极的物理基础。光电发射效应图示――电子离开表面的动能hn―――光子能量Wj―――光电发射体的功函数。物理意义电子吸收光子能量hn＞Wj，电子将以速度从发射体表面逸出光电发射定律（爱因斯坦定律）光电发射效应能量关系故探测器能吸收光波长为为截止波长光电发射的

2、基本过程金属和半导体材料中的光电子发射步骤:1)光射入物体后,物体中的电子吸收光子能量,从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。光电发射的基本过程或金属金属的光电子发射金属反射掉大部分入射的可见光（反射系数90%以上）---吸收效率很低光电子在金属中与大量的自由电子碰撞---在运动中散射损失很多能量---金属中光电子的逸出

3、深度很小（几个nm），逸出功大于3eV能量小于3eV（>410nm）的可见光---很难产生光电发射---金属材料的光电子发射率都很低（大部分光谱响应在紫外或者远紫外区）铯（2eV逸出功）---可见光灵敏（光电阴极）只有很靠近表面的光电子才有可能到达表面并克服势垒逸出W=E0-EF电子逸出功---描述材料表面对电子束缚强弱的物理量（数值上等于电子逸出表面所需的最低能量）----光电发射体的功函数(能量阈值)金属材料的电子逸出功W----热力学温度T=0K时真空能级与费米能级EF之差----材料的参量，可以用作

4、光电发射的能量阈值EF---费米能级（不代表电子占据的真实能级，参考能量）金属中没有禁带----费米能级以下的基本上为电子所填满，费米能级以上基本上是空的---电子亲合势描述EA---导带底上的电子向真空逸出时所需的最低能量（数值上等于真空能级与导带底能级之差）---表征半导体在发生光电效应时电子逸出材料的难易程度（小--容易）半导体的光电发射EA=E0-EC半导体内自由电子较金属少（存在有禁带），费米能级在禁带当中（随参杂情况和温度条件变化）---真空能级与费米能级之差不是材料参量半导体电子逸出功---真空能级

5、与电子发射中心的能级之差（温度T=0K时）电子发射中心的能级---杂质能级、价带顶、导带底（情况复杂）E=Eg+EA=E0-Ev表示半导体光电发射的难易---电子亲和势本征半导体材料光电子发射的阈值---真空能级与价带顶之差（亲和势加上禁带宽度）常规光电阴极（EA>0）---沿用已久，用于真空光电器件中负电子亲和势阴极（EA<0）---近期出现的新型材料§3-2光电子发射材料优异的光电发射材料应满足：（1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发；（2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动过程中损

6、失的能量少；（3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地逸出；（4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。一、基本特性二、光电发射阴极的主要参数光电发射阴极的主要特性参数为灵敏度、量子效率、光谱响应曲线和热电子发射等。1.灵敏度光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度、光照灵敏度和色光灵敏度。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,即光照灵敏度量纲为mA/lm。光照灵敏度描述局部

7、光谱区域的积分灵敏度。在特定波长范围内的光作用于光电阴极时，光电阴极电流Ik与入射的实际总光通量φv之比为光电阴极的色光灵敏度Se。量纲为mA/lm。色光灵敏度光谱灵敏度定义在单色光（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。其量纲为µA/W或A/W。2.量子效率定义在单色光辐射作用于光电阴极时，光电阴极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

8、法。它们之间的关系为3.光谱响应光电发射阴极的光谱响应特性用光谱响应特性曲线描述。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曲线称为光谱响应。4.热电子发射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10-16~10-18Acm-2的电