负电子亲和势砷化镓光阴极热发射度测量
光电技术自测题[全]含答案解析
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第一部分自测题一、多项选择题1.下列选项中的参数与接收器有关的有（）A．曝光量 B.光通量 C.亮度 D.照度答案：AD2.光电探测器中的噪声主要包括（ ABCDE ）A．热噪声 B.散粒噪声 C.产生复合噪声 D.1/f噪声 E 温度噪声3.光电技术中应用的半导体对光的吸收主要是（ AB ）A．本征吸收 B.杂质吸收 C.激子吸收 D.自由载流子吸收 E 晶格吸收二、单项选择题1.被光激发产生的电子溢出物质表面，形成真空中的电子的现象叫做（）A．内光电效应 B. 外光电效应 C.光生伏特效应 D.丹培效应答案：B2.当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（）A.向短波方向移动B.向长波方向移动C.不移动D.均有可能答案：A3.已知某He-Ne激光器的输出功率为8mW，正常人眼的明视觉和暗视觉最大光谱光是效能分别为683lm/W和1725lm/W，人眼明视觉光谱光视效率为0.24，则该激光器发出的光通量为（）A.3.31lxB.1.31lxC.3.31lmD.1.31lm答案：D4.半导体（）电子吸收光子能量跃迁入（），产生电子—空穴对的现象成为本征吸收。
A.价带，导带B.价带，禁带C.禁带，导带D.导带，价带答案：A5.一个电阻值为1000欧姆的电阻，在室温下，工作带宽为1Hz时，热噪声均方电压为答案 BA 3nVB 4nVC 5nVD 6nV6.用照度计测得某环境下的照度值为1000lx，该环境可能是（B）A阳光直射 B阴天室外 C 工作台 D 晨昏蒙影7.已知某辐射源发出的功率为1W，该波长对应的光谱光视效率为0.5，则该辐射源辐射的光通量为（B）A 683lm B341.5lm C 1276lm D 638lm8.为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（D ）A 辐射照度B 辐射强度C 辐射出度D 辐射亮度9. 电磁波谱中可见光的波长范围为A0.38~0.78um B 0.38~1um C 1~3um D 8~12um答案：A10. 已知一束激光功率为30mW 、波长为0.6328um ，普朗克常数S h ⋅⨯=J 10626.634-则该激光束的光子流速率N 为（A ）。
光电探测器响应时间实验研究-毕业设计论文
光电探测器响应时间实验研究摘要近几十年来，光电探测器在光通信、国防探测、信号处理、传感系统和测量系统等高精尖科技领域得到广泛的应用，在信息为导向的时代，时间就是生命，提高速度的需求日益紧迫，提高光电探测器响应速度的努力几乎从诞生它的一刻起就没停止过。
本实验主要研究光敏电阻和光电二极管的响应时间。
理论分析先从光敏电阻的光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应、温度特性和前历效应来考察它的工作影响因素，确定光敏电阻响应时间与其入射光的照度、所加电压、负载电阻及照度变化前电阻所经历的时间的关系。
从光电二极管的模型分析，我们知道光电二极管的响应时间有三个方面决定：①光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；②光生载流子在耗尽层内的漂移时间；③与负载电阻并联的结电容所决定的电路时间常数。
文中将详细分析计算对比三个时间的数量级，以确定提高响应速度的最有效途径，并提出改善光电二极管的有效方法和PIN 模型。
实验研究时，采用近似脉冲的光源，经探测器的输出信号输入快速响应的CS-1022型示波器，在示波器上直接读出响应时间，分析实验结果，得出影响探测器响应时间的因素。
关键词：光电探测器，响应时间，半导体，影响因素AbstractIn recent decades, photoelectric detectors have been widely used in high-tech areas such as optical communications, national defense detection and signal processing, sensing system and measurementsystem .in the era which leaded by information, time is life. Improving speed increasingly is urgent needs of photoelectric detector. To improve the response speed, effort haven't been stopped from birth to its moment. This experiment mainly researchs photoconductive resistance and photoelectric diode responsetime. The theoretical analysis studys photoconductive resistance properties, intensity of illumination volt-ampere characteristics, frequency response and temperature characteristic and former calendar effect to examine its working influence factors, and find out the influencing factors between photoconductive resistance response time and incident light intensity of illumination, voltage, load resistanceand the time experienced before intensity of illumination change. From the model analysis of the photoelectric diode, we know that the response time of the photoelectric diode has three aspects: (1) The diffusion time of photon-generated carrier near depletion layer.(2) The drift time of photon-generated carrier in depletion layer .(3) The constant of the circuit decided by junction capacitor which parallel with the load resistance . The detailed analysis and calculation of the order of magnitude of three time will be contrasted to determine the effective ways to improve photoelectric diode s' reaction speed,and the effective PIN model.In the experimental study, we use a pulse generator as light source, and the detector pulse output signal input quick response CS - 1022 type scillograph. So we can read direct response time in oscilloscope directly, then analyze the results, find out the factors which affect the probe response time.Key word: Photoelectric detector, response time, semiconductor, influencing factors1 绪论 (1)1.1 光电探测器发展历程 (1)1.2 近年高速探测器的发展成果 (2)1.3 光电探测器的分类 (4)1.4 光电探测器的物理基础 (6)2 典型光电探测器响应时间的研究 (10)2.1 光电导探测器. (10)2.1.1 光电转换原理 (10)2.1.2 工作特性分析 (12)2.1.3 时间响应特性及改善 (17)2.2 PN结光伏探测器 (17)2.2.1 光电转换原理 (18)2.2.2 光伏探测器的工作模式 (19)2.2.3 Si 光电二极管的构造与特性分析 (21)2.2.4 频率响应特性及改善探讨 (24)3 光电探测器响应时间实验研究 (32)3.1 实验原理 (32)3.1.1 脉冲响应 (32)3. 1 .2幅频特性 (33)3.2实验仪器 (34)3.3 实验步骤 (35)3.4 实验结果与分析 (37)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1 绪论自年第一台红宝石激光器问世以来，古老的光学发生了革命性的变化与此同时，电子学也突飞猛进地向前发展。
北京交通大学光电子学作业参考答案
变化．阴极在光照下发射光电子，光电子被极间电场加速聚焦，轰击倍增极，倍增极
在高速电子轰击下产生更多的电子，电子数目增大若干倍。
光敏电阻：
4. 光电倍增管的负高压供电方式\噪声特性? 负高压供电方式是指电源正极接地，使阳极输出直接接入放大器输入端而无需隔直流 电容。
优点是便于用直流法测量阳极输出电流，能响应变化非常缓慢的光信号。 缺点是地处于高电位，易受外界电磁干扰，噪声大。 对电磁屏蔽良好的光电倍增管来说，其噪声主要来源是暗电流、光信号电流、背景光 电流以及负载电阻的热噪声。如果光信号变化缓慢，还应考虑 1/f 噪声。
效率η则是对同一个问题的微观 ---宏观描述。现在把量子效率和灵敏度联系起来，
可得 η
=
hv e
Ri
光谱量子效率 η λ
=
hc eλ
Ri
通量阈 Pth 和噪声等效功率 NEP：实际情况告诉我们，当 p＝o 时，光电探测器的输出
电流并不为零。这个电流称为暗电流，记为 In=( im2 )1／2，它是瞬时噪声电流的有
1. 描述 CCD 的性能参数有那些?其含义是什么？ 一.转移效率：是指电荷包在进行一次转移中的效率，即电荷包从一个栅下势阱转移 到下一个栅下势阱时，有 V 部分电荷转移过去，余下 ε(称为失效率)部分没有转移， η 用公式表示为η＝1－ε 二 暗电流：是指在既无光注入又无电注入情况下输出的电流。 三 噪声：散粒噪声、转移噪声和热噪声 四 灵敏度(响应度)：指在一定光谱范围内，单位曝光量（光强与光照时间之积）的 输出信号电压(电流)。 五 分辨率：指摄像器对物像中明暗细节的分辨能力。用 MTF 表示分辨率 六 噪声等效功率 NEP：当入射辐射的功率为 NEP 时，则 CCD 输出的 S／N 为 1。NEP 又常常称为探测器的灵敏度。 七 动态范围：光敏元满阱信号／等效噪声信号。 八 峰值波长与截止波长：峰值波长(λp)表示探测器对入射光最灵敏的那个波长， 单位为μm(或 nm)。
华中科技大学《光电探测》3光电子发射探测器
细网型 细网型结构拥有封闭的精密组合的网状倍增极，而 使其具有极强的抗磁性、一致性和脉冲线性输出特性。另外， 当使用交叠阳极或多阳极结构输出情况下，还具有位置灵敏特
性。
第二十八页，编辑于星期六：十九点 十四分。
微通道板（MCP）型 MCP是上百万的微小玻璃管（通道）彼此平行地集成为 薄形盘片状而形成。每个通道都是一个独立的电子倍增 器。MCP比任何分离电极倍增极结构具有超快的时间响应，
子亲和势光电阴极(NEA)。
第八页，编辑于星期六：十九点 十四分。
EA1 Ec1
EA2 E0 对于P型Si的发射阈值是
Ec2
Eg2 Ev2
Ed1=EA1+Eg1,电子进入导带后需要 克服亲和势EA1才能逸出表面。
Eg1 Ev1
Cs2O
Si
EC1
Si-CsO2光电阴极：在p型Si
基上涂一层金属Cs，经过特殊
二、光电倍增管
1、光电倍增管组成及工作原理
光电倍增管由五个主要部分组成： 光窗、光电阴极、电子光学系统、 电子倍增系统和阳极。
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工作原理：
1.光子透过入射窗口入射在光电阴极上;
2.光电阴极上的电子受光子激发，离开表面发 射到 真空中;
直流补偿
减
小 选频和锁相放大
暗
PMT
电 流 致冷
的
方 电磁屏蔽法
法
磁场散焦法
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四、噪声 散粒噪声
闪烁噪声
电阻热噪声
微光管大面积GaAs负电子亲合势光电阴极(NEA)光谱特性测试与分析
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真
１８ ３
空
科
学
与
技
术
学
报
第 ２卷 ６
第 ２期
Ｃ Ｎ Ｓ ＯＵ ＮＡ Ｃ ＵＭ ＣＩＮＣ ＮＤ Ｔ Ｃ ＯＬ Ｙ ＨＩ Ｅ Ｅ Ｊ Ｒ Ｌ ＯＦＶＡ Ｕ Ｓ Ｅ Ｅ Ａ Ｅ ＨＮ ＯＧ
２０ ０７年 ３４月 ，
微 光 管 大 面 积 Ｇ Ａ 负 电子 亲 合 势 光 电 阴极 （ Ｅ ａｓ Ｎ Ａ） 光谱 特性 测试 与分析
Ｈ ｖ ｇｓｌ ｄｔ ｓ ｒ ｌ ｓ ｙｏ吐 ｌ ｓｒ ｃ （ｉ ａｏ Ｇｈ ，ｅ ｕｃｅｅ ｂ ｃｔ ｇｈ ｊ ｅｅａｏ Ｌｉａｅｉｅｓ ｅ ａｉ ｖ ｅｅｐｏ ｅ ｉ ｉ ｎ ｏｅｈ ｂ ｍ ｂ ｐ ｎ盂 ｕｆ ｅｍｘｆ ｔｎｏ ａｓ Ｗ ｃｅｄｄｉ ｆ ｒ ａｎ ｅｔ ｒ ｇｎｒｉ Ｌ ｇ ｔ ｉ ｒ ａ ｔｃ ｉ ｆ ｉ ｓ ｎ ａ ｉ ｉ ｔ ｈｄ ｔｎ Ｌ ｍ ｎ ｎｆ ｉ
夜景物 目标的光匹配系数 、 器件图像对 比、 空间分辨
率 ， 且还决 定 器 件 的信 噪 比和 探 测距 离 。通过 对 而 光谱特 性 的测试 ， 可直 接 反 映 出 阴极 与 夜 天 光波 长 的匹配及 管子性 能 情 况 ， 同时 也 可 以通 过 光谱 特 性 曲线来 确 定 阴极 材 料 的体 特性 ， 发射层 厚度 ， 如 掺杂
反射式NEAGaN光电阴极激活和评估研究
摘要负电子亲和势（NEA）GaN光电阴极具有灵敏度高、暗发射小、发射电子能量分布集中等优点，是非常理想的新型紫外光电阴极。
针对目前NEA GaN光电阴极的基础理论、制备方法与评估手段研究的不足，围绕反射式GaN光电阴极的光电发射机理、净化方法、激活工艺、光谱响应测试以及阴极的稳定性能等方面开展研究。
根据提出的光电发射的“三步模型”，详细分析了NEA GaN光电阴极从光电子的激发、体内到表面的输运到穿越表面势垒逸出到真空的全过程，导出了光电子隧穿阴极表面势垒的透射系数。
通过求解非平衡载流子的扩散方程导出了反射式NEA GaN光电阴极的量子效率公式。
结合阴极的激活过程及充分激活后的NEA特性，给出了NEA GaN光电阴极铯（Cs）氧（O）激活后的表面模型[GaN(Mg):Cs]: O-Cs。
利用NEA光电阴极激活系统和XPS表面分析系统研究了GaN光电阴极的净化方法，给出了具体的化学清洗和加热净化工艺。
经过有效化学清洗后，超高真空中GaN样品在700ºC下加热20分钟，可以有效去除阴极表面的氧化物以及C杂质，获得较为理想的原子级清洁表面。
利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统，给出了反射式GaN光电阴极Cs激活及Cs/O激活的光电流曲线。
针对GaN光电阴极NEA特性的成因，结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后阴极表面模型，研究了NEA GaN光电阴极激活机理，得到了阴极激活时光电流的变化规律和激活过程中电子亲和势的变化之间的关系。
实验表明：GaN光电阴极在单独导入Cs激活时就可获得明显的NEA特性，Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大。
用双偶极层模型[GaN(Mg):Cs]: O-Cs较好地解释了激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因。
利用自行研制的紫外光谱响应测试仪器，测试了成功激活的反射式GaN光电阴极的光谱响应，给出了230nm～400nm波段内反射式NEA GaN光电阴极量子效率曲线。
砷化镓负电子亲合势光电阴极激活灵敏度在线检测与分析
（ 安 光学 应 用研究 所 ． 西 西安 西 陕 ７ ００ ） １ １ ０
摘
要 ： 模 拟 光 电 阴 极 灵 敏 度 测 试 仪 对 Ｇａ Ａｓ阴 极 徽 活 光 源 进 行 校 准 ， 对 透 、 射 阴 极 光 电 流 比值 并 反
对 灵 敏 度 的 影 响 进 行 了 讨 论 ， 验 结 果 证 明 ， 衬 底 和 阴 极 组 件 激 活 灵 敏 度 的 差 别 主 要 来 源 于 台 外 工 实 Ｐ
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第 ２ ３卷
第 ｌ期
应 用 光 学
Ｖｏｌ２ ＿ ３． Ｎ章 编 号 ：０ ２ ２ ８ （ ０ ２ ０ — ０ ２ — ０ １０ — ０ ２ ２ ０ ） １ ９６ ３
砷 化 镓 负 电子 亲 合 势 光 电 阴 极 激 活 灵 敏 度 在 线 检 测 与 分 析
情 况 下 主 要 决 定 于 阴 极 发 射 层 厚 度 。 极 光 电 阴
定光通 量（ 雪）下 产 生 的 光 电 流 （ ）与 光 通 量 』
之 比 ， 即
Ｓ — Ｉ７ ０
流在 线 监 测 结 果 表 明 ， 内 阴 极 灵 敏 度 降 低 是 管
由 台 外 工 艺 影 响 造 成 的 ， 此 加 强 台 外 工 艺 研 因 究 是 当前 三 代 管 研 制 的首 要 问题
２ 透 、 射 阴 极 光 电 流 比 值 关 系 反
从 公 式 （ ）中 可 以 看 出 ， 、 射 光 电 流 ４ 透 反 比值 与 阴极 厚 度 （ 、 子 逸 出深 度 （ 丁） 电 ）和 光 吸 收 系 数 （ ）有 关 。 际 上 ， 阴 极 Ｇａ 外 ｎ 实 当 Ａｓ 延 材 料 确 定 后 ， 种 工 艺 条 件 下 激 活 工 艺 相 同
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。
负电子亲和势砷化镓光阴极热发射度测量
ε σ σ σ ０ ＝
－ １１ ，０ ２２ ，０
２ １２ ，０
（７ ）
为消除螺线管带来的 x 、y 方向运动耦合 ， 计算 M 矩阵时采用沿 z 轴旋转的坐标系 ，薄透
镜近似下 M 矩阵［１４］ 变为 ：
M＝
cos 矱
sin 矱／Q０
（８ ）
－ Q０ sin 矱 sin 矱
其中 ：Q０ ＝ eB０ ／２ mv ，为单位距离内坐标轴旋转
1 热发射度物理模型
电子束一维归一化发射度的定义为 ：
εn ，x ＝
１ me c
枙 x２ 枛枙 p２x 枛 － 枙 x p x 枛２
（１ ）
其中 ：x 和 p x 分别为单个电子在 x 方向上的横
Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究
Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究李晓峰;姜云龙;李靖雯;姬明;李金沙;张勤东【摘要】With the strong light as the input, the spectral response beyond cut off of the Cs2Te ultraviolet photo cathode is measured. The results show that the spectral response of the Cs2Te cathode beyond cut off is lower, and is several orders of magnitude lower than that within the cutoff. The peak sensitivity of within cutoff can be greater than 40mA/W, but the spectral response beyond cut off can be as low as 10-3mA/W order of magnitude at 550nm wavelength. The divergence of spectral response beyond cut off of Cs2Te ultraviolet photo cathode made with the same process is large. According to the test of three different visible light photo cathode, namely Na2KSb (Cs), K2CsSb and GaAs (Cs-O), it is proved that these three kinds of visible light photo cathode also have certain spectral response. The test data show that the spectral response beyond cut off is related to the size of the work function (positive electron affinity cathode) or the band gap (negative electron affinity cathode). The smaller the work function or the band gap is, the greater the spectral response beyond cut off. The spectral response beyond cut off is a common phenomenon for photo cathode. The reason is that the effect of multiphoton absorption, i.e. multiphoton effect. Because Cs2Te photo cathodes are present spectral response beyond cut off, thus, when solar blind image intensifier adopting Cs2Te photo cathodes is used in the strong sun light or straight to the sun's light, detected signal would be disturbed by the light of the sun, orby the image of the sun like. Thus solar blind image intensifier does not have the sun blind characteristic. In order to make the solar blind ultraviolet image intensifier fully equipped with solar blind characteristic, solar blind filter is needed. Combining solar blind filter with spectral response of Cs2Te cathode beyond cut off, solar blind image intensifiercan achieve complete solar blind. So in the practical application of ultra violet detecting, the solar blind filter is essential. One of the bases of the design of the solar blind filter is the response of the Cs2Te ultraviolet cathode to the solar radiation. The response of the Cs2Te ultraviolet cathode to the solar radiation is mainly concentrated in the 350-650nm, so the solar blind filter is mainly used to attenuate the visible light. Only with solar blind filter matching with spectral response of Cs2Te cathode, can solar blind ultraviolet image intensifier be made completely solar blind.%利用强光源作为激励，测量了Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应。
负电子亲和势氮化镓光电阴极
负电子亲和势氮化镓光电阴极第27卷第2期2007年6月光电子技术OPTOEIECTRONICTECHNOLOGYV o1.27No.2Jun.2007摘绍和分析延材料的与输入光负电子亲和势氮化镓光电阴极李慧蕊,申屠军,戴丽英,马建一(中国电子科技集团公司第五十五研究所,南京,210016)要:负电子亲和势GaN光电阴极在紫外探测技术领域具有诱人的应用前景.本文在介负电子亲和势GaN光电阴极的特点,工作原理及其能带结构的基础上,设计了GaN外结构和阴极制作工艺.指出负电子亲和势GaN光电阴极制备的关键在于材料的生长,窗的融焊,衬底的减薄及彻底的去气处理和超高真空状态下的铯,氧激活.关键词:超高真空;激活;负电子亲和势;GaN光电阴极;紫外敏感;光电探测中图分类号:0462.3文献标识码:A文章编号:1005—488X(2OO7)O2—0073—05 GaNBasedNegativeElectronAffinityPhotocathodeLIHui—rui,SHEN—Tujun,DAIIA—ying,MAJian—yi(The55thResearchInstituteofChinaElectronicTechnologyGroupCorporation,Nanjing,210016,CHN)Abstract:GaNbasednegativeelectronaffinity(NEA)photocathodesshowextensiveprospe ctinul—travioletsignaldetection.WedescribeheretheprincipleofGaNbasednegativeelectronaffini typhoto—cathodeandanalyzeitsenergybandstructure.ConstructionofGaNmaterialandtechniquefor photo—cathodeprocessingarethendesigned.ItisalsoshownthatthekeypointsforGaNbasedNEAp hoto—cathodeprocessingarematerialgrowth,vacuumprocessingandCs(O)activation. Keywords:ultrahighvacuum;activation;negativeelectronaffinity;GaNphotocathode;ultr avio—letsensitive;photodetection引言近年来随着电子对抗技术的发展,紫外探测器在机载,舰载,地面装备以及预警机和空间紫外通讯等领域都有广阔的应用前景.例如,完全由我国白行研制的紫外日盲像增强管作为探测器的紫外预警系统已开始投入装备,而且与红外探测技术相比,紫外系统还具有抗干扰能力强,虚警率低等明显优势.传统的光发射型紫外探测器在技术上已经比较成熟,但和基于负电子亲和势GaN阴极的电子发射型紫外探测器相比,存在探测灵敏度不够高,151盲效果不理想,光电转换效率低等缺点.因此,对与其用于同一系统的其余部件(如滤光片系收稿151期:2007—03—30作者简介:李慧蕊(1954一),女,研究员级高级工程师.长期从事真空光电器件的研究开发和技术管理.申屠军(1972一),男,高级工程师.主要从事真空光电器件的研究开发.(E—mail:*************)戴丽英(1963一),女,高级工程师.长期从事真空光电器件的研究开发.74光电子技术第27卷统)就提出了较高的要求,甚至在某些恶劣条件下限制了它的应用范围.同时,由于紫外光在大气中传输时衰减很快,探测系统中通常采用的紫外光电管,紫外微通道板光电倍增管,日盲像增强管这类光发射型器件,虽然已具有噪声低,增益高,时间特性好等特点,并在大气中能探测到很微弱,且速度达皮秒量级的紫外光信号,但由于现代战争对紫外预警系统性能提升的要求愈来愈迫切,因此紫外真空探测领域面临的技术进步的压力也愈来愈大.作为紫外探测的升级技术,国外20世纪90年代中期就已开始研究负电子亲和势GaN光电阴极技术.它与碲铯,碲铷等传统的光电阴极相比,具有更好的日盲特性和更高的量子效率,而且灵敏度也更高I】].伴随着负电子亲和势氮化镓(GaN)阴极研究的深入和最终的成功以及与其相应的探测器的开发问世,各类探测系统必能得到更广泛的应用,从而为各类紫外火焰监测以及燃烧控制,导弹尾焰识别,太阳紫外线辐射测量,紫外准分子激光能量测试,紫外分析仪器,臭氧检测仪,环境监控等应用系统提供更可靠的探测器件.1负电子亲和势GaN阴极1.1负电子亲和势GaN阴极的特点负电子亲和势(NegativeElectronAffnia简称NEA)GaN阴极技术,在国外也属前瞻性技术.它对制作设备的真空度以及表面净化要求非常苛刻;而且GaN材料又无法制备成单晶,需要在异质衬底如蓝宝石上外延生长;此外还应该由一个重P型掺镁的发射层和高铝含量的滤光层及几个周期的超晶格组成;另外对发射层的厚度及电子的扩散长度都有一定的要求.所有这些因素造成了负电子亲和势GaN阴极制作难度的增加,当然随着国内外研究工作的深入,这些技术取得最终突破不是没有可能.在理论上,负电子亲和势(NEA)阴极的灵敏度可达到传统阴极的几倍以上.迄今为止,具有负电子亲和势特征的典型材料主要为Ⅲ一V族化合物半导体材料,如:GaAs(砷化镓),GaN(氮化镓)及其多元化合物A1GaAs(铝镓砷),InGaN(铟镓氮)等.作为对紫外光敏感的日盲阴极材料,GaN及其相关的Ⅲ一V族氮化物材料, 包括:二元的InN,GaN,AlN,三元的InGaN,Al—GaN和四元的InGaA1N等都是近几年发展迅速, 极具潜力的Ⅲ一V化合物半导体材料.GaN的禁带宽度为3.4eV,根据光电阴极光谱响应范围阈值波长的计算公式:≈(1)式中:为阈值波长,E为带隙能.可知:GaN光电阴极光谱响应的阈值波长为365nm,因此只对紫外光有响应;另外通过调整外延材料的组份比或掺铝含量,带隙能可以从1.9～6.2eV之间连续可调,与此对应其阈值波长也有一个变化范围;如果是多元合金的外延材料,通过Cs与0的交替处理,探测光谱可覆盖200～650 nm(即紫外到可见光一个相对较宽的光谱范围); 选择特定的外延结构和能带范围,可使阈值波长降至290nm,达到完全日盲的效果,还可省去现在常用的滤光片,且适用于太阳盲区的光谱探测;利用超高真空技术,实现GaN外延层原子级表面的洁净,铯氧处理,能使紫外光电转换的效率更高.此外GaN紫外真空探测器在苛刻的物理,化学环境中的高稳定性,如:抗腐蚀,耐温度冲击的能力强等,使得它在近年来备受关注.从目前国内外对GaN紫外探测器的研究现状来看,主要有两个发展方向,一个是基于负电子亲和势(NEA)阴极的探测器件;另一个是源于光伏或光导效应的GaN固体器件.真空器件具有响应速度快,噪声低,增益高,可探测的光下限更低等优点I2],而固体器件则具有体积小,功耗低,结构简单,易实现批量生产等特点.正是由于这两种器件适合于不同的场合且各有优势,就如同真空成象器件与固体CCD,微波大功率真空管与固体功率器件相互推动,共同发展那样,美欧等国都在同步开展这方面的研究,而不是简单的予以替代.国内除中国电子科技集团公司第五十五研究所已开展多年的光发射型紫外器件的研制,还有多家单位相继开展固体GaN器件的研制不能不说是受此趋势激励的缘故.1.2负电子亲和势GaN光电阴极的工作原理理想的半导体材料,如图1所示能带结构是平直的,但实际上由于半导体材料晶格排列的周期性在表面遭到了破坏,而且其表面极易氧化或被杂质污染, 所以会在禁带中引入附加的表面能级,引起半导体材料表面处的能带弯曲.如图2所示的P型半导体,其第2期李慧蕊等:负电子亲和势氮化镓光电阴极75表面的能带弯曲,对体内的光电子发射是有影响的. 换句话说,有效的电子亲和势(真空能级与体内导带底之间的能量差)随着表面能带的弯曲而增减.真空能级价带图1电子亲和势为正值的半导体表面能带图Fig.1Surfaceenergydiagramwhileelectronaffinity ispositive导带图2电子亲和势为负值的半导体表面能带图Fig.2Surfaceenergydiagramwhileelectronaffinity isnegative图中:为能带隙,EA为电子亲和势,为逸出功,为费米能级与价带顶之间的能量差,E为产生光电子的最小能量.对于n型半导体材料,施主能级上的电子有的要跃迁到表面能级时,半导体表面将产生一个负的空间电荷区.而距离表面稍远一点的体内则分布有等量正的体电荷,因此表面能带向上弯,使得体内光电子发射变得更困难.此外,n型半导体材料的费米能级较靠近导带底,热电子功函数较小,所以以它为基底材料制作的光电阴极的暗发射也相应较大.对于P型半导体材料,情况正好相反.表面能级中能量高于受主能级的电子有的要跃迁到受主能级上,于是半导体表面即产生一个正的空间电荷区,距离表面稍远一点的体内则分布有等量的负电荷,因此表面能带向下弯.倘若P型半导体表面吸附有带正电性的原子(例如铯原子)时,表面上偶电层正电性在外,能带弯曲就更厉害.这种表面能带弯曲对于体内的光电子发射十分有利.因此,现在各种实用的光电阴极几乎全是用P型半导体材料为衬底,然后在它的表面上再蒸涂上带正电性的金属而制成的.这样,就能得到向下弯曲的表面能带,减小逸出功.如果此时能带弯曲比材料吸收系数的倒数还小得多,则光电子发射主要来自于体内的本征吸收.这时,量子效率比单纯能带弯曲要大得多.另外,强P型半导体的费米能级十分靠近于价带,这可有效地减少热电子发射(即暗电流因此而变小).在重掺杂P型GaN表面蒸涂一薄层Cs,可形成负电子亲和势阴极.价带中的电子吸收光子能量,跃迁到导带底以上,成为热电子(受激电子能量超过导带底的电子).在向表面运动的过程中,由于热电子与晶格相互作用释放声子,每次损失能量3O～60meV,故很快就落到导带底而变成冷电子(能量在导带底几十个meV范围内的电子).热电子的平均寿命非常短,约1O～10s.如果在这么短的时间内受激电子能够运动到真空表面且其能量高于光电阴极的真空能级,自然能够逸出成为光电子,但是其逸出深度只有几十纳米左右.绝大部分受激电子来不及到达真空表面,就已经落到导带底变成冷电子.对传统光电阴极而言,这就意味着大部分受激电子无法转换为有效的光生电子,量子效率很低.冷电子的平均寿命比较长,约1O～10s,其逸出深度可达微米量级.由于NEA光电阴极的体内冷电子能量仍高于真空能级,所以它们运动到真空表面时,可以很容易地逸出.因此NEA 光电阴极的量子效率比传统光电阴极要高得多.1.3负电子亲和势GaN阴极的能带分析半导体材料光电转换的工作模式通常分为三步:一是价带电子吸收入射光的能量而被激发到导带的某个高能态上;二是受激电子向表面迁移;三是迁移电子克服表面势垒逸人真空.由光电子发射机理可知:当处于光电阴极表面的真空能级低于发射电子的导带底时,有效的电子亲和势(即E)为负值,这类光电阴极被称作负电子亲和势阴极,即NEA阴极.电子亲和势的大小对光电转换效率的影响可以清楚地从上述图中看出:假如表面能带弯曲到可使E值变为负值,则半导体材料受光照射,且与入射光子发生了能量交换后的受激电子, 扩散到能带弯曲区边缘的几率就高,而位于该能带弯曲区的电子逃逸时无需过剩的动能,就可直接逸光电子技术第27卷入真空;再者由于在NEA条件下,受激电子寿命长,逃逸深度范围变宽,可逃逸的电子数目相应增多.光电阴极的量子效率计算公式为:rP厂Y=一等(1一R)(2)10』十"』D式中:y为量子效率,t,为光电发射电流,,.为入射光强,尸为逃逸几率,a为光的吸收系数,为载流子扩散长度;尺为反射率.由式(2)也可得知, 对于同一种材料,同一种薄膜结构,光电转换的量子效率只与逃逸几率成正比.总之,上述诸多因素决定了NEA阴极的光电转换量子效率比传统光电阴极要大得多,理论上超过了百分之九十.显然,实现负电子亲和势光电阴极,就是基于P型GaN薄膜表面特殊的能带结构及其宽带隙的特征,使得电子向真空跃迁所需的能量降低,从而实现量子效率的提高.它的关键就是要降低表面势垒,即减小材料的逸出功.铯(Cs)是金属中逸出功最低的材料,仅为i.4eV,用铯或铯氧(O)交替覆盖在超高真空中解理出的P型GaN(0001)原子级洁净的表面,可以降低表面逸出功约2～3eV,使能带向下发生弯曲,形成负电子亲和势结构,从而使电子向真空跃迁所需的能量降低,实现量子效率的大幅度提高.这就是NEA光电阴极所具有的特征,采用这种技术可以获得具有紫外探测灵敏度高的光电阴极及相关的探测器件.由图3可以看出,经洁净处理的化合物半导体材料GaN表面的电子亲和势为3.3eV.由于P型镁掺杂工艺以及表面处理工艺的不同,表面能级向下弯曲的程度也有所不同.根据资料[3报道就有1.2eV和3.1eV两种.以图3为例,由于表面能一籀净表面)2eV—一E(cs激活)+一E(cs,O激活)2.8eV…图3GaN光电阴极的表面能带图Fig.3EnergydiagramoftheGaNphotocathodesur- face级向下弯曲了1.2eV,洁净表面的真空能级相对GaN半导体体内导带底的有效电子亲和势就减小为2.1eV.通过Cs激活,真空能级降低2.2eV,可以获得约为负0.1eV的有效电子亲和势.通过Cs,O激活,真空能级降低2.8eV,此时真空能级和GaN半导体体内导带底之间就产生了一个至少为负0.7eV的有效电子亲和势.图中:E为能带隙,E为真空能级,E为电子亲和势,EAefr为有效的电子亲和势.2负电子亲和势GaN外延层结构选择蓝宝石作为异质生长GaN外延层材料的衬底,这也是国际上目前较为成熟的工艺.我们设计的材料结构如图4所示,首先在蓝宝石衬底上低温生长一层A1N缓冲层,而后升高温度,生长一层高温AlN;为了减少位错和缺陷,接着生长几个周期的AlGaN/AlN,再在其上生长质量较好的光电活性层AlGaN和GaN.因为P型杂质Mg在Al—GaN材料中的电离能比在GaN材料中大,因此掺杂更困难,故掺杂浓度应降低1个量级;GaN层是直接铯一氧激活层,掺Mg浓度应尽可能高],才能产生明显的负电子亲和势效应,制作出较好的紫外光电阴极.A1GaN层的Al质含量要求大于0.4, 其光谱响应才能进入日盲波段.但是掺Al的不易性,使Al质含量大于0.4的A1GaN层的生长变得很困难,还有生长厚度也不能大,否则会出现龟裂现象.另外,光电活性层中杂质的激活也是一个关键技术.几个周期A1GaN,A超晶格P~-GaN(0.5lam)P:5×10I/cmP-A1GaN(0.3~o.5um)P:5×10'',cm'A1N层AlN缓冲层蓝宝石衬底图4GaN外延层结构示意图Fig.4StructureofGaNepilayer3负电子亲和势GaN阴极的工艺负电子亲和势GaN阴极的量子效率虽然比传统的紫外阴极要高得多,但其表面能级受晶体的表面态影响很大,激活工艺中给的Cs,O原子必须在一个原子洁净级的表面上才能被充分沉积,吸附和卜_-第2期李慧蕊等:负电子亲和势氮化镓光电阴极生长成最佳的Cs,O层结构,所以其制备,真空处理,激活等工艺也比传统阴极要复杂得多L6].若有其他杂质原子吸附在GaN表面上,必然会导致表面功函数升高,灵敏度下降.根据气体分子运动学理论,处于无规则热运动中的气体分子或原子,不断随机地碰撞着GaN表面,并以一定的概率被粘附在该表面上.如果设吸附系数为1,则真空环境为10Pa时,GaN表面吸附一个原子层外来原子所需的时间为10000S.可见,为了使激活处理和其后的制管工艺充分有效地进行,为了保证制管后的GaN光电阴极能够长时间地稳定工作,制管(含激活工艺)使用的真空转移装置及相应的超高真空处理工艺必须保证系统在激活过程中真空度好于lO一.pa[.此外,GaN半导体材料在移入真空转移装置进行激活之前,需要对其进行一系列机械和化学处理,难免会损坏晶格分布的周期性,同时还会在表面残留某些有害的化合物和微量杂质以及Ga和N的氧化物.激活前,如不彻底去除这些有害杂质,恢复晶格阵列的周期性排列,将会妨碍Cs沉积时与GaN晶格点阵形成强键结合,达不到NEA 光电阴极表面的最佳结构;此外,外来有害杂质原子会在表面产生一附加电位,影响Cs,O附着层降低负电子亲和势的效果,减少了光电子逸出概率; 同时,在光电子向真空界面运动的过程中,增加了与这些有害原子的各种相互作用,从而损失了宝贵的能量.这一切因素最终均会影响高灵敏度,高稳定性GaN光电阴极的形成.为了达到原子洁净级表面,研究和生产中普遍采用高温热清洗法.对于GaN表面,热清洗规范的温度为500℃,600℃,650℃和700_C,时间长短取决于样品制备过程,系统抽气速率和极限真空度. 此外Cs,O激活是形成所需NEA表面态的最后一道工序.采用小电流放大器原位监控激活过程中的光电流变化,一般要达到光电流不再增加时终止激活.在激活过程中,要随时观察暗电流的变化情况, 防止引起对光电流的误判根据负电子亲和势GaN光电阴极制作的要求,主要的工艺设计内容包括以下几个方面:1)GaN外延层与输入光窗的粘接工艺;2)欧姆电极制备工艺;3)真空除气和表面洁净工艺;4)铯,氧激活工艺.4结束语负电子亲和势GaN光电阴极与碲铯,碲铷等传统的紫外光电阴极相比,具有更好的日盲特性,更高的量子效率(185nm处量子效率40[83,200nm处量子效率30[9)以及更高的灵敏度等优点.但是,由于其工作原理是利用GaN材料的表面特性,这种表面特性对阴极制备所需的各种处理工艺及相关设备提出了很高的要求.受此影响,研制负电子亲和势GaN光电阴极的难度非常之大.参考文献[1]Siegmund0HW.TremsinAS,MartinA,eta1.GaNphoto—cathodesforuVdetectionandimaging[c]∥SPIE,San Diego,2003,5164:134—143,[2]UlmerMP,WesselsBW,SiegmundOHW.Progressinthe fabricationofGaNPhotocathodes[c]∥SPIE,SanJose, 2001,4288246—253.[3]WuCI,KahnA.Electronicstatesandeffectivenegativeelec—tronaffinityatcesiatedp-GaNsurface[J].J.Appl,Phys,, 1999,86(6):3209—3212.[4]EyckelerM,MonchW,KampenTU,eta1.Negativeelec—tronaffinityofcesiatedp-GaN(0001)surfaces[J].J.V ac.Sci.Techno1.B,1998,16(4):2224—2228.[5]KorotkovRY,GregieJM,WesselsBW.Electricalproper—tiesofp-typeGaN:Mgcodopedwithoxygen[J].App1.Phys. 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光电检测技术考试试卷
光电检测技术期中考试试卷2014一．选择题（20分）1．对于费米能级，以下说法不正确的是（）A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级B 电子占据率为时所对应的能级C p型半导体材料费米能级靠近价带顶D n型半导体材料费米能级靠近价带顶2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（）A不是冷电子，而是热电子B不是热电子，而是冷电子C既是冷电子，又是热电子D既不是冷电子，也不是热电子3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（）A PIN光电二极管 PN结光电二极管光电三极管光敏电阻B PIN光电二极管光敏电阻PN结光电二极管光电三极管C光电三极管 PIN光电二极管光敏电阻PN结光电二极管D PN结光电二极管光电三极管 PIN光电二极管光敏电阻4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定：（）A光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( )A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动D光敏电阻具有前历效应6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（）A 氘灯B 低压汞灯C 色温2856K的白炽灯D 色温500K的黑体辐射器7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（）A.向短波方向移动B.向长波方向移动C.不移动D.均有可能8．表中列出了几种国外硅APD的特性参数根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ）A C30817EB C30916EC C30902ED C30902S9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=，lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ）A. 甲场灵敏度高B. 乙场灵敏度高C. 甲乙两场灵敏度一样高D. 无法比较10．不具有增益的探测器是（ ）A APDB 光电池C 光敏电阻D 光电三极管二．判断题（每题1分，共10分）1．探测率是一个反映探测器探测能力的物理量，探测率越大，说明探测器的探测能力越强。
砷化镓半导体 测试方法
砷化镓半导体测试方法
砷化镓半导体是一种重要的半导体材料，多用于高频、高功率的电子器件中。
为了确保砷化镓半导体的质量和性能，需要进行一系列的测试。
一、外观检查
首先对砷化镓半导体进行外观检查，包括观察其表面是否有损伤和污染，是否有氧化现象等。
二、电性能测试
1. 晶体结构测试
通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪等设备进行砷化镓晶体结构分析，了解晶格常数、晶胞结构等信息。
2. 电导率测试
使用四探针法测量砷化镓半导体的电导率，该测试可以检测半导体的导电性能。
3. 载流子浓度测试
通过霍尔效应测试砷化镓半导体的载流子浓度，该测试可以了解半导体的杂质掺杂情况。
4. 电子迁移率测试
使用霍尔测量仪测量砷化镓半导体中的载流子迁移率，该测试可以了解半导体的电子迁移性能。
三、光学性能测试
1. 光谱测试
使用光谱仪测试砷化镓半导体的光谱特性，包括吸收光谱、发射光谱等。
2. 光电性能测试
通过测试砷化镓半导体的光电流、光电压等参数，可以了解半导体的光电性能。
以上是砷化镓半导体测试的主要方法，通过这些测试可以全面了解半导体的质量和性能，为生产和应用提供可靠的保障。
二次电子发射的研究和二次电子发射系数的测量
中国科学技术大学
博士学位论文
二次电子发射的研究和二次电子发射系数的测量
姓名：谢爱根
申请学位级别：博士
专业：核技术及应用
指导教师：裴元吉
20050501
中国科技大学博士学位论文
初级电子管壁电阻屡
图１－５（ａ）电子通道倍增管（ｂ）电子通道倍增板
（５）透射式二次电子发射体
透射式二次电子发射体多是半导体和绝缘体，如ＫＣｌ、ＭｇＯ和ｓｉ薄膜等都可制成透射式二次电子发射体。
以低密度的ＫＣＩ为例，其结构示于图１．６，它是在透明的Ａ１２０３（约为７００Ａ厚）基底上。
蒸镀一层７００Ａ厚的Ａｌ层作为电极，然后在低压Ａｒ气蒸积ＫＣＩ，形成２０．４０ｕｍ低密度膜。
其密度约为正常ＫＣＩ的２％。
低密度ＫＣＩ是由一些条状结晶杂乱堆积而成的多孔膜层，有较大的二次电子发射系数，如＝６０一１５０，甚至更大。
相应的Ｖ一＝６—９ＫＶ。
可用于磁聚焦的像增强器中，提高图像的亮度。
＿Ｉｒ●
低密度ＫＣＩ膜可作为摄像管的靶，如图ｌ一６所示。
当其由图像信息的光电子从左面轰击靶时，穿透较薄的Ａ１２０３和Ａｌ层进入ＫＣＩ层。
由于Ａｌ电极具有正电位，ＫＣＩ中产生的二次电子，或被Ａｌ电极收集，或被抑制栅网、场网收集，而空穴则向ＫＣＩ靶表面运动，并在靶表面建立起图。
砷化镓光纤测温技术
砷化镓光纤测温技术砷化镓光纤测温技术最近开始受到广泛的关注，因其在温度测量方面的优势。
砷化镓光纤是一种用于测量温度的新型传感器，它可以检测温度的变化而不需要任何机械部件，这使得它在高温、高应变、振动和腐蚀等条件下可以更有效地测量温度。
砷化镓光纤测温技术主要依赖于砷化镓材料的特性，其中的砷化镓材料具有高折射率，可以吸收外部的电磁能。
当它被照射光，电磁能会经过砷化镓材料的折射发生变化，从而影响砷化镓材料的折射率。
当外部温度变化时，砷化镓材料的折射率也会发生变化，从而使砷化镓光纤能够测量出外部温度的变化。
化镓光纤测温技术的优势在于其它类型传感器所不具备的某些特征。
首先，砷化镓光纤具有极高的精度和重复性，使其能够满足要求高精度的测温要求。
其次，砷化镓光纤的施测温度范围很宽，可以实现自0℃至1000℃的测量。
此外，砷化镓光纤测温技术非常灵敏，它可以检测出大约50μK以下的温度变化。
最后，砷化镓光纤测温技术体积小，重量轻，容易安装和维护，可以把温度测量的设备裸露在环境中，这样可以有效的减少安装和检修的成本。
砷化镓光纤测温技术有着广泛的应用领域，尤其是在高温、高应变、振动和强腐蚀等环境中。
例如，砷化镓光纤测温技术在火力发电厂中可以用于安全监控系统中，同时也可以用于机器人、飞机零部件以及汽车部件的温度测量，还可以用于军事装备和航空发动机温度测量等。
砷化镓光纤技术在研发和应用方面还面临着一定的挑战，因为砷化镓材料的灵敏度与它的折射率有着密切的关系，其折射率的变化会影响砷化镓光纤的灵敏度，因此，研发和应用过程中需要注意砷化镓材料的折射率变化。
此外，由于砷化镓光纤测温技术有着一定的成本，在应用过程中需要考虑性价比。
在总结中，砷化镓光纤测温技术受到广泛关注，它有着高精度、灵敏度高、横断面积小等优点，可以用于高温、高应变、振动和腐蚀等环境中的温度测量，用于安全监控、机器人、飞机零部件以及汽车部件的温度测量，但是在开发和应用中还需要注意砷化镓材料的折射率变化以及性价比等问题。
《光电子技术》张永林-第二版课后习题答案
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd mdS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm mπ=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。
负电子亲和势光阴极
表面势垒低于导带底的光阴极（如GaAs:Cs-O)。
表面势垒高于导带底的称为正电子亲和势光阴极(如Sb-K-Na-Cs)；表面势垒平于导带底的称为零电子亲和势光阴极（如GaAs:Cs）（图1）。
1963年美国R. E.西蒙斯根据半导体能带理论提出负电子亲和势概念。
1965年荷兰J.J.席尔和J.范拉制成GaAs:Gs光阴极。
人们又制出其他Ⅲ-Ⅴ族化合物光阴极，如InP，Ga x In1-x As(0<x<1)，Ga y In1-y P z As1-z（0<y<1，0<z<1)等，统称为Ⅲ-Ⅴ族化合物负电子亲和势光阴极.对负电子亲和势光阴极表面吸附的Cs-O层的解释，有异质结和偶极子两种模型（图2）。
异质结模型认为，Cs-O表面层是一层体状的、具有N型半导体性质的Cs2O,它与P型Ⅲ-Ⅴ族化合物晶体（如掺Zn的GaSb）接触，形成异质结。
此模型给出在表面吸附层内有一界面势垒（约 1.2电子伏）。
根据偶极子模型，Cs-O 层是很薄的Cs偶极子与Cs2O偶极子串联的双偶极子,其厚度约8埃。
这与单原子尺度的实验是一致的。
光阴极分反射式和透射式两种。
入射光的方向与电子发射的方向相反，称为反射式；入射光的方向与电子发射的方向相同，称为透射式。
透射式GaAs光阴极的灵敏度最高可达2毫安/流，量子效率(电子/光子)为27％，表面逸出几率为42％,λth为0.9微米。
实验证明，E g<1.2电子伏（即λth>1微米）的Ⅲ-Ⅴ族化合物的激活条件比较临界，难以获得最佳表面状态而且长波量子效率很低。
这是由于Ⅲ- Ⅴ族化合物发射层与Cs-O表面吸附层形成的界面势垒所致。
当发射层的E g<1.2电子伏时，被激发到导带底相应能量的电子被这个界面势垒所“阻挡”而不能逸至真空。
应用偏压辅助场则使被“阻挡”的电子获得附加的能量，越过这个界面势垒或利用隧道效应穿过这个界面势垒，在外电场的作用下发射至真空中，从而提高λth>1 微米的量子效率。
功函数基本概念
《负电子亲和势光电阴极及应用》贾欣志编著. ——北京：国防工业出版社，2013.5第二章功函数与电子亲和势P20固体物理中，功函数定义为将一个电子从固体中移到紧贴固体表面外一点所需的最小能量（或者从费米能级将一个电子移动到真空所需的能量）。
与功函数定义类似，半导体电子亲和势定义为将一个电子从导带底移到固体表面真空能级所需的最小能量。
固体的电子亲和势一般是正值，它是一个电子势垒，防止电子逸出体外。
功函数的测试方法1开尔文探针方法2交流阻滞场方法3 紫外光电发射能谱（UPS）法4 扫描隧道显微镜测试法功函数的基本概念1. 什么是功函数把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。
功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。
同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数。
功函数的单位:电子伏特,eV（功函数结构示意图。
参考：M.S.Xue et al.，Physica B 406 (2011) 4240--4244）功函数(work function)又称功函、逸出功，在固体物理中被定义成：把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。
真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用。
功函数：真空能级与费米能级之差。
2. 功函数的分类一般情况下功函数指的是金属的功函数，非金属固体很少会用到功函数的定义，而是用接触势来表达。
功函数与金属的费米能级密切关联，但并不完全相等。
这是由于固体自身具有表面效应，原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。
一般将功函数按照电子能量的来源，或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。
（1）当电子从热能中吸收能量，激发到达表面我们称之为热功函数。
（2）当电子从光子中吸收能量，激发到达表面时我们称之为光电功函数。
3. 功函数的作用（1）当金属与半导体接触，金属与半导体之间功函数差相对很小时（同时半导体有高浓度的杂质），也就是说接触面势垒很窄的情况下，形成欧姆接触。
光电检测器件光电检测器件资料
光电检测器件
非聚焦型光电倍增管， 由于极与极之间没有聚焦 场，电子损矢较大，为了要得到较大的电子倍增，就 要增加倍增极数目，相应地也就增加了飞行时间及其 涨落，所以这种管子的时间分辨本领较差，其优点是 同样大小的光脉冲照射到光阴极不同部位时，阳极灵 敏度变化不大，最后输出的脉冲幅度比较一致，因此 作能谱测量时的能量分辨率较好。
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3、分类 ①“聚焦型”和“非聚焦型”
电子倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型的 打拿极把来自前一级的电子经倍增后聚焦到下一级去， 两极之间可能发生电子束轨迹的交叉。非聚焦型又分 为圆环瓦片式（即鼠笼式）、直线瓦片式、拿栅式和 百叶窗式。
聚焦型光电倍增管，电子在其中飞行的时间较短， 飞行时间的涨落也小，它适用于要求分辨时间短的场 合；
Sp
IA
G
各倍增极和阳极
都加上适当电压；
注明整管所加的
V
电压
2．电流增益
阳极电流与阴极电流之比称为电流增益M（内增益）
M IA SAΦ SA IK SKΦ SK
M
IA IK
0
n
IA IK • 0 (11)(22 ) (nn )
M n
3、光电特性
阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数 关系，称为倍增管的光电特性。
1、常规光电阴极
（1）、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极
最早的光电阴极，主要应用于近红外探测
•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。
（2）单碱锑化物：
CsSb阴极最为常用，紫外和可见光区的灵敏度最高
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元素周期表中的电子亲和势及砷电子亲和势的测量示例
元素周期表中的电子亲和势及砷电子亲和势的测量示例
闫帅廷;陆禹竹;张瑞;宁传刚
【期刊名称】《Chinese Journal of Chemical Physics》
【年(卷),期】2024(37)1
【摘要】基于先前对原子的电子亲和势和原子负离子的分析工作
[J.Phys.Chem.Ref.Data 51,021502(2022)],本篇综述提供了一个关于原子的电子亲和势的简要概述.本文简要描述和对比了三种常用的测量电子亲和势的实验方法,以凸显它们各自的优缺点.为了阐明目前研究中所使用的慢电子速度成像法的特点,本文对砷元素(As)的电子亲和势以及其负离子(As-)的激发态进行了测量.测得As 元素的电子亲和势为6488.61(5)cm^(-1)或0.804485(6)eV.实验清晰地分辨了As-的精细结构,其激发态^(3)P_(1)能量比基态^(3)P_(2)的能量高出
1029.94(18)cm^(-1)或0.12770(3)eV;激发态^(3)P_(0)能量比基态^(3)P_(2)的能量高出1343.04(55)cm^(-1)或0.16652(7)eV.
【总页数】13页(P1-12)
【作者】闫帅廷;陆禹竹;张瑞;宁传刚
【作者单位】清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O56
【相关文献】
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5.慢电子速度成像法结合低温冷离子阱测量镥的电子亲和势（英文）
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