3-2 光电子发射探测器.pdf

3.2 光电子发射探测器    真空光电器件是基于外光电效应（光电子发射效应）制成的光电探测器。  Photoemissive：简称 PE 探测器    特点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小、探测微弱信号  缺点：结构复杂，工作电压高，体积大    §3.2.1   光电阴极  在光电子发射探测器中，具有光电子发射效应的材料称为光电阴极。  完成光电转换的功能。  光电阴极材料的性能的好坏直接决定探测器的性能。  一、光电阴极的主要参数  1.灵敏度  光照灵敏度:  光谱灵敏度  ２.量子效率  它表示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(λ)与入射的光子数 Np (λ)之比。也称量子产额Q(λ)。  3.光谱响应曲线  ４.热电子发射：    引起噪声，限制探测灵敏度  二、银氧铯(Ag‐O‐Cs)光电阴极    三、单碱锑化物光电阴极  金属锑与碱金属锂、钠、钾、铷、铯中的一种化合，能形成具有稳定光电发射的发射体。  最常用的是锑化铯，其阴极灵敏度最高，广泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。  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。  五、紫外光电阴极  通常来说对可见光灵敏的光电阴极对紫外光也有较高的量子效率。有时，为了消除背景辐射 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。这样的光电阴 极有碲化铯(CsTe, 320nm)和碘化铯(CsI,  200nm)。  六、负电子亲和势光电阴极  电子亲和势是指半导体导带底部到真空能级间的能量值，表示了发生光电效应时，电子 逸出的难易程度。    常规的光电阴极属于正电子亲和势(PEA)类型，即表面的真空能级位于导带之上。     如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带之下，从 而使有效的电子亲和势为负值，经过特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。   对于P型Si 的发射阈值是Ed1=EA1+Eg1, 电子进入导带后需要克服亲和势EA1才能逸出表面。   Si‐CsO 光电阴极：在p型Si基上涂一层金属Cs，经过特殊处理而形成n型Cs O 。在交界区形成 2 2 耗尽层，耗尽区的电位下降Ed,造成能带弯曲。    从Si 的导带底部漂移到表面Cs2O的导带底部。此时，电子只需克服EA2就能逸出表面。对于P 型Si 的光电子需克服的有效亲和势为  E =E ‐E   。由于能级弯曲，使E E ,这样就形成了负 Ae A2 d d A2 电子亲和势。   负电子亲和势阴极与正电子亲和势阴极的区别：  1.参与发射的电子是导带的热化电子，或称为“冷”电子；  ２.NEA 阴极中导带的电子逸入真空不需作功。  特点：  1.高吸收，低反射性质；  2.高量子效率，50%~60%,  长波到达 9%;  3.光谱响应可以达到 1m 以上；  4.冷电子发射光谱能量分布较集中，接近高斯分布  5.光谱响应平坦；  6.暗电流小；  7.在可见、红外区，能获得高响应度；  8.工艺复杂，售价昂贵。    §3.2.2 光电管与光电倍增管的工作原理  一、真空光电管  1、结构与工作原理  真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成  。