光电子发射探测器课件.ppt

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1、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§3.2.1光电阴极一、光电阴极的主要参数1.灵敏度光照灵敏度:光谱灵敏度２.量子效率它表示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Ne()与入射的光子数Np()之比。也称量子产额Q()3.光谱响应曲线４.热电子发射：引起噪声，限制探测灵敏度二、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极350nm,800nm三、单碱锑化物光电阴极金属锑与碱金属锂、钠、钾、铷、铯中的一种化合，能形成具有稳定光电发射的发射体。最常用的是锑化铯，其阴极灵敏度最高，广泛用

2、于紫外和可见光区的光电探测器中。四、多碱锑化物光电阴极当锑和几种碱金属形成化合物时，具有更高的响应率五、紫外光电阴极通常来说对可见光灵敏的光电阴极对紫外光也有较高的量子效率。有时，为了消除背景辐射的影响，要求光电阴极只对所探测的紫外辐射信号灵敏，而对可见光无响应。这样的光电阴极有碲化铯(CsTe,320nm)和碘化铯(CsI,200nm)六、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

3、电子亲和势光电阴极(NEA)。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

4、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：1.参与发射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%,长波到达9%;3.光谱响应可以达到1m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。§3.2.2光电管与光电倍增管的工作原理一、真空光电管1、结构与工作原理

5、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。光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，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。优点：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：真空光电管体积大、工作电压高,达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等二、光电倍增管1、光电倍增管组成及工作原理光电倍增管由五个主要部分组成：光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极。工作原理：1.光子透过入射窗

6、口入射在光电阴极上;2.光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发射到真空中;3.光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增级上，倍增级将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次；4.经过倍增后的二次电子由阳极收集，形成阳极光电流。光电倍增管工作原理图２.入射窗口和光电阴极结构硼硅玻璃这是一种常用的玻璃材料，可以透过从近红外至300nm的入射光，但不适合于紫外区的探测。无钾玻璃中只有极低含量的钾，其中的K40会造成暗计数。所以通常用于闪烁计数的光电倍增管不仅入射窗，而且玻璃侧管也使用无钾玻璃，就是为了降低暗计数透紫玻璃

7、（UV玻璃）这种玻璃材料就象其名字所表达的那样，可以很好地透过紫外光，和硼硅玻璃一样被广泛使用。分光应用领域一般都要求用透紫玻璃，其截止波长可接近185nm。窗口材料合成石英合成石英可以将透过的紫外光波长延伸至160nm，并且在紫外区比熔融石英玻璃有更低的吸收。合成石英材料的膨胀系数与芯柱用玻璃的膨胀系数有很大差别，所以，用热膨胀系数渐变的封接材料与合成石英逐渐过渡。因此，此类光电倍增管的强度易受外界震动的破坏，使用中要采取足够的保护措施。氟化镁（镁氟化物）该材料具有极好的紫外线透过性，但同时也有易潮解的不利因素。尽管如此，氟化镁仍以其接近115nm的紫外透过能

8、力而成为一种实用的光窗材