光电探测技术原理—第四章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
常用的有锑化铯和碘化铯两种。
光电探测技术原理—第四章
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。
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。
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。
光电探测技术原理—第四章
一、光电阴极的主要参数
1.灵敏度
(1)光照灵敏度
▪ 表示光电阴极在一定的白光照射下，阴极光电流来自百度文库入射的光通量之 比。光照灵敏度也称为白光灵敏度或积分灵敏度，单位为uA/lm。
光电探测技术原理—第四章
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：
光电管
真空光电管
充气光电管 光电倍增管
光电探测技术原理—第四章
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。
光电探测技术原理—第四章
图a分别表示p型Si和n型Cs2O两种材料的能带图。
本来p型Si的发射临界值是 Ed1 EA1 Eg1 ，电 子受光激发进入导电带后需克服亲和势才能逸出出
表面。现在由于表面存在n型薄层，使耗尽区的电位
下降，表面电位降低Ed。光电子在表面附近受到耗
尽区内建电场的作用，从Si的导电带底部漂移到表
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。
光电探测技术原理—第四章
五、紫外光电阴极
一般来说，对可见光灵敏度的光电阴极，对紫外光也 都具有较高的量子效率。但在某些应用中，为了消除 背景噪声的影响，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，这样阴极通常称为 “日盲”型光电阴极。
锑铯阴极的典型光谱响应曲线
光电探测技术原理—第四章
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。
2.量子效率
Q() Ne () N p ()
量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们 之间的关系：
Q () Ie (( ))//q h vS ( q )h cS () 1 2 4 0
▪ 式中λ单位为nm；S(λ)为光谱灵敏度，单位为A/W。
光电探测技术原理—第四章
3.光谱响应曲线 光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的关 系曲线，称为光谱响应曲线。真空光电组件中的长波灵
Ag-O-Cs光电阴极的光谱响应曲线如图b 所示。它的长波灵敏度延伸至红外1.2um， 并且有两个峰值，近红外800nm处有一主 峰，另一主峰处于紫外350nm。
光电探测技术原理—第四章
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。
敏度极限，主要由光电阴极材料的截止波长 0 决定。
4.热电子发射 光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因 而产生热电子发射。室温下典型阴极每秒每平方厘米发 射二个数量级的电子，相当于10-16～10-17Acm-2的电流 密度。这些热发射电子会引起噪声，限制着传感器的灵 敏度极限。
光电探测技术原理—第四章
光电探测技术—第四章
李静
光电探测技术原理—第四章
真空光电器件
真空光电发射器件是基于外光电效应的光电探测器，包括 光电管和光电倍增管两类。具有极高的灵敏度、快速响应等特 点，它在探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号等方面仍然是一 个重要的探测器件。因此广泛应用于航天、材料、生物、医学、 地质等领域都有相当大的应用。
面Cs2O的导带底部。此时，电子只需克服EA2就能逸 出出表面。对于p型Si的光电子需克服的有效亲和势
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。
光电探测技术原理—第四章
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。
(2)色光灵敏度
▪ 就是局部光谱区域的积分灵敏度。它表示在某些特定的波长区，通 常用特性已知的滤光片插入光路，然后测得的光电流与未插入滤光 片时阴极所受光照的光通量之比。
光电探测技术原理—第四章
(3)光谱灵敏度 表示一定波长的单色辐射照到光电阴极上， 阴极光电流与入射的单色辐射通量之比，单 位为mA/W或A/W。
光电探测技术原理—第四章
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。
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。
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。
光电探测技术原理—第四章
一、光电阴极的主要参数
1.灵敏度
(1)光照灵敏度
▪ 表示光电阴极在一定的白光照射下，阴极光电流来自百度文库入射的光通量之 比。光照灵敏度也称为白光灵敏度或积分灵敏度，单位为uA/lm。
光电探测技术原理—第四章
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：
光电管
真空光电管
充气光电管 光电倍增管
光电探测技术原理—第四章
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。
光电探测技术原理—第四章
图a分别表示p型Si和n型Cs2O两种材料的能带图。
本来p型Si的发射临界值是 Ed1 EA1 Eg1 ，电 子受光激发进入导电带后需克服亲和势才能逸出出
表面。现在由于表面存在n型薄层，使耗尽区的电位
下降，表面电位降低Ed。光电子在表面附近受到耗
尽区内建电场的作用，从Si的导电带底部漂移到表
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。
光电探测技术原理—第四章
五、紫外光电阴极
一般来说，对可见光灵敏度的光电阴极，对紫外光也 都具有较高的量子效率。但在某些应用中，为了消除 背景噪声的影响，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，这样阴极通常称为 “日盲”型光电阴极。
锑铯阴极的典型光谱响应曲线
光电探测技术原理—第四章
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。
2.量子效率
Q() Ne () N p ()
量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。它们 之间的关系：
Q () Ie (( ))//q h vS ( q )h cS () 1 2 4 0
▪ 式中λ单位为nm；S(λ)为光谱灵敏度，单位为A/W。
光电探测技术原理—第四章
3.光谱响应曲线 光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的关 系曲线，称为光谱响应曲线。真空光电组件中的长波灵
Ag-O-Cs光电阴极的光谱响应曲线如图b 所示。它的长波灵敏度延伸至红外1.2um， 并且有两个峰值，近红外800nm处有一主 峰，另一主峰处于紫外350nm。
光电探测技术原理—第四章
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。
敏度极限，主要由光电阴极材料的截止波长 0 决定。
4.热电子发射 光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因 而产生热电子发射。室温下典型阴极每秒每平方厘米发 射二个数量级的电子，相当于10-16～10-17Acm-2的电流 密度。这些热发射电子会引起噪声，限制着传感器的灵 敏度极限。
光电探测技术原理—第四章
光电探测技术—第四章
李静
光电探测技术原理—第四章
真空光电器件
真空光电发射器件是基于外光电效应的光电探测器，包括 光电管和光电倍增管两类。具有极高的灵敏度、快速响应等特 点，它在探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号等方面仍然是一 个重要的探测器件。因此广泛应用于航天、材料、生物、医学、 地质等领域都有相当大的应用。
面Cs2O的导带底部。此时，电子只需克服EA2就能逸 出出表面。对于p型Si的光电子需克服的有效亲和势
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。
光电探测技术原理—第四章
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。
(2)色光灵敏度
▪ 就是局部光谱区域的积分灵敏度。它表示在某些特定的波长区，通 常用特性已知的滤光片插入光路，然后测得的光电流与未插入滤光 片时阴极所受光照的光通量之比。
光电探测技术原理—第四章
(3)光谱灵敏度 表示一定波长的单色辐射照到光电阴极上， 阴极光电流与入射的单色辐射通量之比，单 位为mA/W或A/W。