第五章 真空光电器件.ppt

第五章真空光电器件
光电阴极
工作基础:基于外光电效应的光电探测器件
结构特点:有一个真空管,其它元件都放在真空管中
分类:光电管和光电倍增管
入射光辐射的光子能量足够大时,它和金属或半导体材料中的电子相互作用的结果使电子从物质表面逸出,---光电发射效应。
在空间电场的作用下就会形成电流
光电发射体-----能够产生光电发射效应的物体
光电阴极----应用中光电发射体常和电源的阴极相连,所以称为
光电发射效应----
光电阴极的主要参数

(1)光照灵敏度
在一定的白光照射下,光电阴极光电流与入射的白光光通量之比,也称为白光灵敏度或积分灵敏度
(2)色光灵敏度
当入射光波长为某一段波长范围的光时,光电阴极光电流与入射的光通量之比。
通过加滤光片来实现,比如蓝光灵敏度、红光灵敏度、红外灵敏度等
(3)光谱灵敏度
确定波长的单色光照射时,光电阴极光电流与入射的光通量之比。

入射的光子数与产生的电子数之比
量子效率与光谱灵敏度之间的关系

光电阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射光波长的关系曲线

由于电子热能较大,而可能逸出阴极表面,而产生热电子发射
室温下典型阴极每秒每平方米发射的热电子可
形成10-16~10-17A/m2的电流
对于光电测量而言是噪声
光电阴极的分类
透射型:
光通过透明介质射向光电阴极,而电子从光电阴极的另一面发射出去
光
电子
反射型:
光照射到阴极上,电子从同一测射出
对阴极的厚度有要求,不能太厚
光
电子
阴极一般较厚
常用的光电阴极材料
-O-Cs 材料
2. 单碱锑化物
3. 多碱锑化物
具有良好的可见和近红外响应
透射型:300~1200nm,反射型:300~1100nm
在可见光区域灵敏度较低,所以主要用于近红外探测
紫外和可见光区的灵敏度最高
适合于测量较强的入射光
CsSb:
锑和某一种碱金属的化合物
锑和多种碱金属的化合物
具有高灵敏度的宽光谱响应,红外端可延伸到930nm

半导体光电阴极的光电子的逸出过程,
价带
导带
E0
EC
EV
Eg
E0
(电子亲合势)
P
N
负电子亲合势----
EO
EC
EV
EO
EA
EC
EV
表面耗尽区
P
N
负电子亲合势
加速
特点:
1)量子效率高
------因其逸出深度高的多
2)光谱响应率均匀,且光谱响应延伸到红外
正电子亲合势光电阴极的阈值波长为
负电子亲合势光电阴极的阈值波长为
3)热电子发射小
因负电子亲合势的光电材料的禁带宽度一般比较宽
4)光电子的能量集中

---“日”盲型光电阴极
CsTe()
CsI()
目前比较常用的有
光电管与光电倍增管
光电管
阴极K
阳极A
IФ
Φ
RL
Uout
Ub
真空型
充气型:有倍增作用