第三章 光电子发探测器.ppt

§3-1 光电子发射效应　 外光电效应——光电子发射效应 photoemission(PE) 金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hn足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。 它是真空光电器件光电阴极的物理基础。 光电发射效应图示 光电发射定律（爱因斯坦定律） 光电发射效应能量关系 光电发射的基本过程 金属和半导体材料中的光电子发射步骤: 1)光射入物体后,物体中的电子吸收光子能量,从基态跃迁到能量高于真空能级的激发态。 2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。 3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。 光电发射的基本过程 §3-2 光电子发射材料 优异的光电发射材料应满足： （1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激发； （2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动过程中损失的能量少； （3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比较容易地逸出； （4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率，以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。 2.量子效率 3. 光谱响应 2. 单碱与多碱锑化物光阴极 锑铯(CsSb)光电阴极是最常用的，量子效率很高的光电阴极,长波限约为700nm。对红外不灵敏。锑铯阴极的峰值量子效率较高，一般高达20%~30%，比银氧铯光电阴极高30多倍。两种或三种碱金属与锑化合形成多碱锑化物光阴极。其量子效率峰值可高达30% 。 负电子亲和势光电阴极的优点 量子效率高 光谱响应延伸到红外，光谱响应率均匀 热电子发射小 光电子能量集中 在伏安特性曲线的饱和区,当电压u一定时,光电流与入射光功率成线性变化。 1、无光照情况 4、负载电阻RL和电源偏置电压V的设计 负载线刚好从M’点穿过，可得： 三、频率特性 2、放大倍数（电流增益） 6、伏安特性 阳极伏安特性 7、输出信号和等效电路 8、 线性 9、噪声 例:试求由光电倍增管暗电流所决定的最小可探测功率。 极间电压 极间供电电压UDD直接影响着二次电子发射系数δ，或管子的增益G。因此，根据增益G的要求可以设计出极间供电电压UDD与电源电压Ucc。 (4)末极的并联电容 已知垂直射到地球表面每单位面积的日光功率（称 太阳常数）等于1.37×103W/m2，地球与太阳的平均 距离为1.5×108km，太阳的半径为6.76×105 km。 求太阳辐射的总功率 解：根据距离平方反比定律 太阳的辐射强度为 得到太阳的总功率为 已知垂直射到地球表面每单位面积的日光功率（称 太阳常数）等于1.37×103W/m2，地球与太阳的平均 距离为1.5×108km，太阳的半径为6.76×105 km。 求太阳辐射的总功率 解：根据距离平方反比定律 太阳的辐射强度为 得到太阳的总功率为 某种光电发射材料的光电发射长波限为680nm,试 求该光电发射材料的光电发射阈值 解 由光电发射长波限为 则 即该光电发射材料的光电发射域值为1.82电子伏特。 ???????????????????? ?????????????? 某光电管伏安特性及负载线如图所示,求: (1)工作动态范围 (2)电流灵敏度Ri (3)负载电阻RL (4)u”和u’ (5)入射光功率为2uW时的输出电压 (6)入射光功率为3uW、4uW时的输出电压 (7)入射光功率从4uW降为1uW时,输出电压的变化△U (8)饱和电阻R’ 解 (1)工作动态范围0～3uW (2)Ri=5×10-6A/1×10-6W=5A/W (3)RL=50/25×10-6=2000KΩ (4)(50-u’)/15×10-6=2×106,u’=20V 15/u’=5/u”,u”=20/3≈6.67V (5)φ=2uW时,uR=10×10-6×2×106=20V (6)φ=3uW时,uR=15×10-6×2×106=30V φ=4uW时,uR=16×10-6×2×106=32V (7)φ=1uW时,uR=5×2=10V △u=32-10=22V (8)R’=u’/i=20/15×10-6=1333KΩ 如PMT阳极特性为φ=4×10-5lm时,IA=200uA,拐点电 压Vm=60V,如果为入射的最大光通量.阳极电压最大 为