光电检测4-.ppt

第三章 光电检测器件 一. 光电器件的基本特性参数 二. 真空光电器件 三. 半导体光电器件 四. 光电检测器件的性能比较 　常用的经典光电发射材料 1、银氧铯阴极（Ag-O-Cs） 3、多碱光电阴极 　　A、锑钾钠光电阴极：响应度可达50－100μA/lm，在0.4 μm处量子效率达25％，能耐高温； 　　B、锑钾钠铯光电阴极：峰值响应度波长在0.42微米附近，峰值响应度可达230μA/lm，量子效率高；响应范围较宽。 4、碲化铯（紫外）光电阴极：对太阳＆地表面辐射不敏感，响应范围100－280nm；长波限在290～320nm。 NEA与PEA的对比（见书60页） 二、光电倍增管 光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。 光电倍增管的结构及原理　　 光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。 　当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 　　因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。 圆笼型： 2、放大倍数（电流增益） 3、暗电流 （1）定义：无光照时，PMT的输出电流。 （2）引起暗电流的因素： （主要暗电流）光电阴极＆第一倍增极的热电子发射； （极间漏电流）各级绝缘体强度不够或极间灰尘放电； 离子＆光的反馈作用（抽真空技术受限）； 场致发射，尖端放电（尖端，棱角，边缘的高压放电）； 放射性同位素＆宇宙射线的影响。 （3）减小暗电流的方法： 选好PMT的极间电压； 在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成分来补偿； 在倍增输出电路加一选频或锁相放大滤掉暗电流； 利用冷却法减小热电子发射等。 4、伏安特性 * * 光电检测器件 第二节：真空光电探测器件 一、光电发射材料 材料种类：纯金属材料、半导体材料，表面吸附其他元素的金属。 良好的光电发射材料的具备条件： ①光吸收系数大； ②光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大； ③表面势垒低，使表面逸出几率大。 光电检测器件 金属材料的特点： ①反射系数大(约为99％)，吸收系数小； ②自由电子多，由碰撞引起的能量散射损失大、逸出深度小，逸出功大。因此量子效率较低； ③光谱响应都在紫外或远紫外区，只能适应对紫外灵敏的光电器件。 光电检测器件 半导体材料的特点： 半导体光发射材料的光吸收系数比金属要大得多； 体内自由电子少，散射能量损失小，所以它的量子效率比金属大得多； 光发射波长延伸至可见光和近红外区。绝大多数光源是可见光或近红外。 响应度 波长 1.2 图1 Ag-O-Cs光电阴极光谱响应曲线 红外段唯一可用材料，但量子效率低，暗电流大 0.35 0.8 2、锑铯阴极（CsSb） 响应度 波长 图2 Cs-Sb光电阴极光谱响应曲线 蓝光区量子效率高达30%，比AgOCs效率高30倍，长波限在0.7微米左右，积分响应度可达70～150微安每流明，但光谱响应范围较窄对红光＆红外不灵敏 负电子亲和势材料 为什么NEA阴极的量子效率高于正电子亲和势阴极？ 价带中的电子吸收光子能量，跃迁到导带底以上，成为热电子（受激电子能量超过导带底的电子）。在向表面运动的过程中，由于碰撞散射而发生能量损失，故很快就落到导带底而变成冷电子（能量恰好等于导带底的电子）。 热电子的平均寿命非常短，约 10-14～10-12s。如果在这么短的时间内能够运动到真空界面，自然能逸出。但是热电子的逸出深度只有几十纳米，绝大部分电子来不及到达真空界面，就已经落到导带底变成冷电子了。 冷电子的平均寿命比较长，约 10-9～10-8s，。因为体内冷电子能量仍高于真空能级，所以它们运动到真空界面时，可以很容易地逸出。因此NEA量子效率比常规发射体高得多。 光电检测器件 说明： 阴极室的结构与光阴极K的尺寸和形状有关,它的作用是把阴极在光照下由外光电效应产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上。 　　二次发射倍增系统是最复杂的部分。打拿极主要选择那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏度和二次发射系数的材料制成。 　　常