光电技术第4章.ppt

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1、真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器。第4章光电发射器件PhotoemissiveDevice真空光电器件光电管光电倍增管特点：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4.1光电发射阴极4.1.1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、光谱响应和暗电流等。1.灵敏度光电发射阴极的灵敏度应包括光谱灵敏度、积分灵敏度和色光灵敏度。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S

2、e,λ。其量纲为µA/W或A/W。量纲为mA/W或A/W。2)     积分灵敏度定义：在某波长范围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之比为光电阴极的积分灵敏度Se。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。量纲为mA/lm2.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

3、表示方法。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.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10-16~10-18Acm-2的电流密度。1、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极350nm,800nm4.1.2光电阴极材料2、单碱锑化物光电阴极金属锑与碱金属锂、钠、钾、铷、铯中

4、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，其阴极灵敏度最高，广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。3、多碱锑化物光电阴极当锑和几种碱金属形成化合物时，具有更高的响应率锑铯(Cs3Sb)光电阴极是最常用的，量子效率很高的光电阴极。长波限约为650nm，对红外不灵敏。锑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。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%。4、负电子亲和势光电阴极常规的光电阴极属于正电子亲和势(PEA)类型，即表面的真空

5、能级位于导带之上。如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经过特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。1963年Simon根据半导体物理的研究提出了负电子亲和势的理论，1965年J.J.Scheer和J.V.Laar首先研制出了GaAsCs负电子亲和势阴极。EA1Eg1Eg2EA2Ev1Ec1E0Ec2Ev2SiCs2OEv1EC1EfEAeE0EdEA2Ev2+++---Si-CsO2光电阴极：在p型Si基上涂一层金属Cs，经过特殊处理而形

6、成n型Cs2O。在交界区形成耗尽层，耗尽区的电位下降Ed,造成能带弯曲。对于P型Si的发射阈值是Ed1=EA1+Eg1,电子进入导带后需要克服亲和势EA1才能逸出表面。由于表面存在n型薄层，使耗尽区的电位下降，表面电位降低Ed。光电子在表面受到耗尽区电场的作用。从Si的导带底部漂移到表面Cs2O的导带底部。此时，电子只需克服EA2就能逸出表面。对于P型Si的光电子需克服的有效亲和势为EAe=EA2-Ed由于能级弯曲，使Ed>EA2,这样就形成了负电子亲和势。负电子亲和势阴极与正电子亲和势阴极的区别在于：1)参与发射

7、的电子是导带的热化电子，或称为“冷”电子；２)NEA阴极中导带的电子逸入真空不需作功。特点：1.高吸收，低反射性质；2.高量子效率，50%~60%;3.光谱响应可以达到1um以上；4.冷电子发射光谱能量分布较集中，接近高斯分布5.光谱响应平坦；6.暗电流小；7.在可见、红外区，能获得高响应度；8.工艺复杂，售价昂贵。一、真空光电管工作原理1、结构与工作原理真空光电管构造示意图真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。4.2真空光电管与光电倍增管的工作原理(phototube)光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳

8、内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。特点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等光照生电子在电场的作用下运动，途中与