[理学]《光电成像原理》第4章+光阴极1-4节20100910定.ppt

第四章 光阴极 §4.1 光阴极机理 光电发射的物理模型 　　　  　　§4.2 光阴极特性参数及其制约因素  　　 §4.3 光阴极量子效率的一般表达式 　§4.4 实用光阴极  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　实用光阴极 三、多碱光阴极 结论： 长波阈值附近的光电发射由Cs的杂质能级决定。 短波峰值附近的光电发射由Ag的杂质能级决定。? 问题: Ag含量与Cs2O属同一数量级，看成杂质原子不合适。 电子显微镜观察,发现层中有大银颗粒和银胶粒存在。 蒸过量银并没显著增加短波响应，长波响应改善。 　固溶胶理论：Ag-O-Cs阴极是由大量银胶粒和银颗粒分散埋藏在Cs2O半导体中构成的。银胶粒被Cs2O层包围，其界面势垒是由金属与半导体接触而形成的。 因为胶粒很小，胶粒界面处的电场很强，致使胶粒与半导体层之间的势垒很窄。胶粒内的光电子由隧道效应很容易进入周围的半导体层。 半导体Cs2O 胶粒（Ag） Ev Ec E0 真空 EF Eb Cs2O的作用降低逸出功； 波长大于1100nm的光电发射，认为是来自Cs2O中的Cs杂质能带以及表面吸附铯的贡献，表面吸附铯降低有效电子亲和势。 基本结论： 长波响应由埋藏在Cs2O中的小银胶粒贡献的； 短波响应由被Cs2O覆盖的银颗粒贡献的； 积分灵敏度　　　70～80　　　　μA/lm 响应长波限　　　　0.7　　　　　μm 光谱响应　　　　 可见光、紫外 量子效率　　　　　20～30　　　　　％ 暗发射电流密度 10-17　　 　A/cm2 二 、锑铯 (Sb－Cs )光阴极 （1936年） 1、特性 特点： 氧敏化；积分灵敏度可提高1.5-2倍，向长波方向移动，长波阈值达0.8～0.9μm。 基底对锑铯光阴极性能有较大影响。 2、组成与机理 　　 稳定组成Cs3Sb,，轻度过量Sb，有最佳光电发射。 光学性质的研究，光吸收谱与光谱响应曲线相似，吸收系数高达105～106cm-1量级，本征吸收的特征。 x射线衍射确定是立方对称，晶格常数为9.15A。 霍尔效应的测量可判定是P型半导体。 光吸收的长波阈值可估算禁带宽度Eg=1.6ev, 光电发射的长波阈值可定出Eg+EA的值。 Eg+EA＝2.05ev 　　 EA=0.45ev λath=1.24/Eg 　 　 λeth=1.24/Eg+EA 　　Cs的电离能小于Cs3Sb的热逸出功，Cs原子的价电子转移到Cs3Sb半导体的受主能级上，在半导体内形成了负的空间电荷区使表面处能带向下弯曲，在表面上由Cs的正离子和负空间电荷区之间构成一个偶极层，导致沿着偶极层的电位下降，使电子亲和势EA降为EA(ture) 。 EA(ture) φ0＝1.4eV E0 EA EF EA(eff)=0.4eV E- E+ Eg=1.0eV 空受主 满受主 正离子表面区 Cs单原子层的作用 1955年萨默（Sommer） （1）灵敏度高; （2）热发射电流很小（10-16); （3）可见光范围内的光谱灵敏度十分均匀。 1、组成 灵敏度最高时，钠与钾的比例是2：1。 X射线衍射，结构是体心立方对称型。 特点： 2、特性 光谱特性： 　S-20量子效率最大40％，长波阈值8700A，峰值4200A。 光吸收特性： 　S-20光吸收系数随波长的增大而减小，调整阴极层厚度改变光谱响应。 导电性和热发射： 　电导率随温度变化关系呈现半导体的特性。 　室温下的热发射电流较小，约为10-16Ａ/cm2。 疲劳效应： 〔Cs〕Na2KSb阴极的疲劳效应较小。 ? 3、机理 光吸收的长波阈值推出禁带宽度Eg=1.0ev，光电发射的长波阈值推出电子亲和势。Na2KSb的EA=1.0ev，〔Cs〕Na2KSb的EA=0.55ev。 S-20中铯的作用降低了表面电子亲和势；精确测量表明，Cs附加使晶格有微小的膨胀，从Na2KSb晶格常数7.727±0.003Ａ变到〔Cs〕Na2KSb的7.745±0.004Ａ，Cs的作用并非仅是表面效应，还存在体积效应。 1965年(J.J Scheer)希尔 四、负电子亲和势（NEA）光阴极 1、NEA光阴极的特性： 高灵敏度（800～1200μA/lm） 高的量子效率（40%） 暗发射小（10-14A/cm2） 光电子能量角分布集中 扩展长波限的潜力大。 3、结构 透射式光阴极：窗口玻璃／Si3N4／A1GaAs/GaAs：Cs2O 2、半导体材料有两类： Ⅲ－Ⅴ族化合物单晶半导体； 硅单晶半导体（Si） 4、机理 两种理论