光电子发射探测器

⑶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：mA/W,A/W。
２．量子效率：量子产额：Q( )
⑴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 N p () 之比值。
Q() Ne () N p ()
二、半导体的光电子发射
为什么金属发射电子少而半导体易于发射？
金属： 半导体
①表面逸出功高。 ②表面反射强，对光辐射的吸收率低。 ③内部存在大量电子，相互碰撞损失能量。 ①对入射光反射系数小，吸收系数大，在长波限就
有电子发射。 ａ：趋向表面运动的过程中
② 阴极层导电性适中： 损失能量比金属小； ｂ：传导电子的补充不发生 困难。
(一)银化铯 (Ag-O-Cs) 阴极
１．结构：Ag Ag2O Cs2O Cs原子 见图a。
２．光谱特性：见图b 长波限：1.2μm 两个峰值350nm;800nm。 是最早出现的近红外灵敏器， 具有重要的军事应用价值。
３．缺点： a.灵敏度低：光照灵敏度：30μA/lm 辐射灵敏度3mA/lm； 量子效率在峰值波长处：1%
此为：T=0K时，爱因斯坦方程。
情况2：T>0K时: 由图3-1可知，存在高于费米能级的电子 因此 v vmax 电子存在， ∴ 存在 v v0 的一个拖尾。 爱因斯坦方程不再成立！！ 思考：为什么T＞0Ｋ时爱因斯坦方程不成立？ 特例：常温时，v vmax 的电子很少，拖尾现象很小，近似 认为爱因斯坦定律在室温下是成立的。
二、常用光电发射材料
１．良好光电发射材料应具备的条件： ⑴光吸收系数大； ⑵光电子在体内传输过程中的能量损失小； ⑶表面势垒低，使表面逸出几率大。 ２．常见材料的发射特性： 金属： 反射大→吸收小→碰撞能量损失大→逸出功大 ∵紫外光能量大， ∴只能做紫外探测器 半导体：反射小→吸收大→碰撞小能量损失少→逸出功小 ∴可用到近红外区
２．常用的锑铯CsSb阴极性能： ⑴量子效率高：蓝光区、峰值处：30% （比Ag-O-Cs高30倍）
可见光区（积分响应度）：70～150μA/lm ⑵长波限： 0.7μm左右，对红外和红光不灵敏 见图3-7。 ⑶热噪声： 热电子发射密度10-16A/cm2 优于Ag-O-Cs ⑷疲劳特性： ⑸制作工艺简单， 广泛用于紫外和可见光。
⑵Q() 和光谱灵敏度间的关系
Q() I () / q S()hc S() 1240 ( : nm; S() : A / W )
Qe () / hv q

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。 注意：真空光电器件中的光波灵敏度极限主要由光电阴极材料 的长波限 0 决定。实际上由阴极材料本身的能级和电子亲和势 决定。 ４．热电子发射： ⑴定义：光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功， 因此产生热电子发射。 室温下的典型值：10-16～10-17Acm-2电流密度。 ⑵作用：引起热噪声，限制探测器的灵敏度极限。
杂质半导体：W EA 两部分能量：电子从发射中心激发到导带所需的最低能量。
从导带底逸出所需的最低能量（电子亲和势）。
§3.2光电子发射材料
纯金属材料 有三大类 表面吸附一层其他元素的金属和半导体材料。
光电阴极:（光电管，光电倍增管，变像管，像 增强管和一些摄像管等）。
一、光电阴极的主要参数
③半导体中存在着大量的发射中心（价带中有大的 电子密度）。
④小的光电逸出功，较高的量子效率。
半导体中光电子发射过程：（三步） ⑴对光电子的吸收：
E En ：逸出 E En ：在半导体中，对光电导有贡献。
本征发射：本征吸收系数高， 量子效率高20～30%。
光电子： 杂质发射：浓度<1%，量子效率低，约为1%， 吸收系数低。
b.热噪声大： 热电子发射密度：10-11～10-14A/cm2（室温） 其值超过任何其它光电阴极。
c.长期受光照会产生严重的疲劳现象，疲劳后光谱响应会发 生变化。
(二)单碱锑化物光电阴极
１．组成：碱金属与锑，铅，铋，铊等生成的金属化合物具 有极其宝贵的光电发射性能。 CiSb、NaSb、KSb、RbSb、CsSb等。
1.灵敏度 ⑴光照灵敏度：（白光灵敏度，积分灵敏度）
光电阴极在一定的白光（色温为2856K的钨丝灯）照射 下，阴极光电流与入射的光通量之比。单位为μA/lm。
⑵色光灵敏度：局部光谱区域的积分灵敏度 在某些特定的波长下，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。 和光照灵敏度的比值。 蓝光灵敏度：QB24 蓝白比 红光灵敏度：HB11 红白比 红外灵敏度：HWB3 红外白比 图3-5为滤光片的光谱透射比
§3.1 光电子发射效应
概述：光电子发射效应（外光电效应），逸出物质表面
的电子叫做光电子。
物理基础：爱因斯坦方程：
hv

1 2
mv02
W
W ：物体的逸出功或功函数
v0 ：物体逸出表面时的速度
一.金属的光电子发射
图３-1说明金属能级分布规律：
EF :费米能级 EA :表面势垒的高度， 也称金属对电子的亲和势。
自由载流子发射：微不足道。
⑵光电子向表面的运动 电子散射可以忽略。 晶格散射和光电子与价带中电子碰撞。 半导体的本征吸收系数大：↑↑，光电子效率越高， 6～30mm深度。 避免二次电子－空穴对：产生条件：能量是半导体带隙 能量的2～3倍。 ∴选Eg高的半导体，可避免二次发射。
⑶克服表面势能的逸出 能量大于表面势垒否？ 本征半导体： hv 0 逸出功：W hv0 Eg E A
情况1：T=0K时，能量最大电子处于费米能级上
1 mv2 2

EF
hv E EA
(3-1)
电子逸出表面的运动能:
①当各种散射损耗=0时，v 最大， vmax
②金属逸出功： EA EF W hv 0
Байду номын сангаас
代入公式3-1 得:
1 2
mvmax 2

hv
W

h(v
v0 )