光电探测技术—第四课.ppt

光电探测技术—第四章 李静 真空光电器件 真空光电器件结构及常见类型 结构：均包括光电阴极、阳极、真空玻璃壳 分类： 成像型 非成像型 常见器件： 真空光电管 光电管 充气光电管 光电倍增管 4.1　光电阴极 在光电管、光电倍增管、变象管、象增加器和一些摄像管等光电器件中，使不同波长的各种辐射信号转换为电信号，均依靠光电阴极。因而光电阴极关系到光电器件的各项光电性能。 光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收光子能量发射光电子的部件。它的性能直接影响着整个光电发射器件的性能，为此，首先讨论用于制造光电阴极的典型光电发射材料。 一、光电阴极的主要参数 二、银氧铯（Ag-O-Cs）光电阴极 银氧铯阴极是最早出现的实用光电阴极。目前，除了Ⅲ-Ⅴ族的光电阴极外，它仍然是在近红外区具有使用价值的唯一阴极。 银氧铯阴极是以Ag为基底，氧化银为中间层，上面再有一层带有过剩Cs原子及Ag原子的氧化铯，而表面由Cs原子组成，可用[Ag]-Cs2OAgCs-Cs的符号表示，如图a所示。 Ag-O-Cs光电阴极的灵敏度较低。光照灵敏度约为30uA/lm，辐照灵敏度为3mA/W，量子效率在峰值波长处也只有1%，它的热电子发射密度在室温下超过任何其它实用阴极，约为10-11~10-14A/cm2。此外，当阴极长期受光照后，会产生严重的疲劳现象，且疲劳特性与光照度。光照波长等都有密切关系，疲劳后光谱响应曲线也会发生变化，因此它的应用受到很大限制。 将近红外区具有高灵敏度的Ag-O-Cs阴极和蓝光区具有高灵敏度的Bi-Cs-O阴极相结合，可获得在整个可见光谱范围内具有较均匀响应和高灵敏度的 Bi-Ag-O-Cs光电阴极。该阴极的量子效率达10%，但长波限只有750nm。 三、单碱锑化物光电阴极 金属锑与碱金属锂、纳、钾、铷、铯中的一种化合，都能形成具有稳定光电发射的发射体。其中，以CsSb阴极的灵敏度最高，是最具有使用价值的光电发射材料，广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。 锑铯阴极的典型光谱响应曲线 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，其中有双碱、三碱和四碱等，统称为多碱锑化物光电阴极。 锑纳钾阴极是双碱阴极中的一种，它的光谱响应与锑铯阴极相近，在峰值波长0.4um处的量子效率达25%，其典型光照灵敏度可到50uA/lm。它的特点是耐高温，工作温度可达到175℃，而一般含铯阴极的工作温度不能超过60 ℃，因此锑钾钠阴极可用于石油探测等特殊场合。 锑钾钠铯阴极是三碱阴极中最有实用价值的一种，它从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量子效率。 六、负电子亲和势光电阴极 现以Si-CsO光电阴极为例加以说明，它是在p型Si的基质材料上涂一层极薄的金属Cs，经特殊处理而形成n型Cs2O 。表面为n型的材料有丰富的自由电子，基底为p型材料有丰富的空穴，它们相互扩散形成表面电荷局部耗尽。与p-n结情况类似，耗尽区的电位下降E，造成能带弯曲，如图b所示。 图a分别表示p型Si和n型Cs2O两种材料的能带图。 (1)量子效率高 (2)光谱响应延伸到红外、光谱响应率均匀 正电子亲和势光电阴极的临界值波长为 4.2　光电管与光电倍增管的工作原理 一、光电管 光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，因管内有抽成真空或充入低气压惰性气体的不同，所以有真空型和充气型两种。它的工作电路如图所示，阴极和阳极之间加有一定的电压，且阳极接正，阴极接负。 真空型光电管的工作原理 当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。 充气型光电管的工作原理 光照生电子在电场的作用下运动，途中与惰性气体原子碰撞而电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，形成数倍于真空型光电管的光电流 。 由于光电倍增管工艺的成熟及半导体光电器件的发展，光电管已基本上被上述这些器件所替代。 二、光电倍增管 光电倍增管是一种真空光电组件，它主要由光入射窗口、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极组成，如图a所示。 光电倍增管 1.入射窗口和光电阴极结构 光电倍增管通常有侧窗和端窗两种形式。侧窗型光电倍增管是透过管壳的侧面接收入射光，而端窗式光电倍增管是透过管壳的端面接收入射光。 侧窗式光电倍增管一般使用反射式光