3-2-1光电子发射探测器.ppt

第三章光电探测器 3.1 光电探测器的物理基础 3.2 光电子发射探测器 3.3 光电导探测器 3.4 光伏探测器 3.5 热电探测器 3.6 光电成像器件 3.7 各类光电探测器的性能及应用比较 3.2.1半导体的光电子发射 1.费米能级、真空能级、逸出功 2.金属材料与半导体材料的光电子发射比较 1）反射系数小，吸收系数大； 2）光电子运动中能量损失小，补充容易； 3）存在大量发射中心； 4）逸出功小。 3.电子亲和势、半导体材料的逸出功（i，n，p） 4.半导体光电发射的三个步骤 国产光电管的技术参数 光电管实物 2.工作原理 * * 3.2　光电子发射探测器 真空光电器件是基于外光电效应的光电探测器。 滨淞光子 （Hamamatsu） R3896光电倍增管 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。 3.2.2光电阴极 一、光电阴极的主要参数 1.灵敏度 光谱灵敏度：光电阴极对于一定波长辐射光的灵敏度就称为光谱灵敏度。 光照灵敏度：对于复合光(或称白光)的灵敏度就称为积分灵敏度(通常光照灵敏皮就是指积分灵敏度)。 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： 引起暗电流和暗噪声，从而限制探测灵敏度。 1.银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极 峰值波长：350nm, 800nm 光谱响应范围约300-1000nm； 量子效率约0.5％； 使用温度100°C； 暗电流大。 二、常规光电阴极 2.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（CsSb），其阴极灵敏度最高，量子效率为15－25％，长波限为：600nm。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。长波限可达930nm，扩展到近红外。 4.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。 紫外光电阴极 碲化铯(CsTe, 320nm，峰值波长250nm，量子效率：12.4％) 碘化铯(CsI, 200nm，峰值波长120nm，量子效率：20％) 三、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电子亲和势光电阴极(NEA)。 EA1 Eg1 Eg2 EA2 Ev1 Ec1 E0 Ec2 Ev2 Si Cs2O 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。 1.原理 Ev1 EC1 Ef EAe E0 Ed EA2 Ev2 + + + - - - 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。 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EdEA2,这样就形成了负电子亲和势。 2.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。 3.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1μm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 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。 2.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。 3.缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到