周二已讲授课第九周概要

1、周二已讲授课第九周概要3-1光电子发射效应 光电子发射效应是1887年由德国物理学家赫兹在证实麦克斯韦预言的电磁波实验中偶尔发现的现象：当光照射某种物质时，假设入射的光于能量加足够大，致使电子逸出物质外表这就是光电子发射效应，逸出物质外表的电子叫做光电子。光电子发射效应电子能量的转换公式为3-2光电子发射材料3-3 光电倍增管一金属的光电子发射特性：金属材料的逸出功较高，外表反射强，对光辐射的吸收率低，其内部存在大量的自由电子，使激发的电子因碰撞损失能量而不能逸出。0 T=0 KT0K二 半导体的光电子发射半导体对入射光有较小的反射系数，有较大的吸收系数；阴极层导电性适中，电子在趋向外表运动时

2、损失能量比金属小，二来可以使层内传导电子的补充不发生困难；半导体内存在着大量的发射中心(价带中有大的电子密度)；半导体有较小的光电逸出功，有较高的量子效率。因此，现代光电阴极多采用半导体材料。半导体有良好的光电子发射性能，其原因可归结为以下几点：半导体中光电子发射过程经以下三个步骤进展对光电子的吸收光电子向外表的运动抑制外表势能的逸出光电子只在距外表6-30nm深度内产生需抑制的外表势能32光电子发射材料光电子发射材料大体可分为三类：纯金属材料；外表吸附一层其他元素原子的金属和半导体材料；用作光电管、光电倍增管和摄像管中的光电阴极。 一 光电阴极的主要参数灵敏度 阴极光电流/入射光通量 (1)

3、光照灵敏度白(2)色光灵敏度红、蓝(3)光谱灵敏度量子效率：阴极发射光电子数/入射光子数光谱响应曲线：光谱灵敏度或量子效率与波长关系暗电流热电子发射二 常用的光电发射材料光吸收系数大；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小；外表势垒低，使外表逸出几率大。金属由于其反射系数大、吸收系数小、体内自由电子多而引起碰撞损失能量大、逸出功大等原因此不适宜做发射材料 大多数金属的光谱响应都在紫外或远紫外区，只能适应对紫外灵敏的光电探测器。半导体光发射材料的光吸收系数比金属要大得多，体内自由电子少，散射能量损失小，因此其量子效率比金属大得多，光发射波长延伸至可见光和近红外波段范围。从光电子发射效应可知，一个

4、良好的光电发射材料应具备下述条件：1银氧铯Ag0Cs阴极阴极构造： 银氧铯阴极是以Ag为基底、氧化银为中间层，上面再有一层带有过剩Cs原子及Ag原子的氧化铯，而外表由Cs原子组成Ag0Cs光电阴极的光谱响应长波灵敏度延伸至红外12um，并且有两个峰值，近红外800nm，紫外350nm。光电阴极的灵敏度较低。光照灵敏度约30uA/lm，量子效率在峰值波长处也只有1。热电子发射密度在室温下超过任何其它实用阴极，约为10-11-10-14Acm2，当阴极长期受光照后，会产生严重的疲劳现象，且疲劳特性与光照度、光照波长等都有亲密关系。银氧铯阴极主要特性1021周四碱金属与锑、铅、铋、铊等生成的金属化合

5、物，如LiSb、NaSb、KSb等，长波限为700nm, 用于紫外和可见光。2单碱锑化物光电阴极70-150A/lm当锑和几种碱金属形成化合物时具有较高的响应度，其中有双碱、三碱和四碱等，统称多碱光电阴极。 3多碱锑化物光电阴极 4紫外光电阴极由于紫外辐射有较高的能量，探测紫外辐射一般无困难，对可见光灵敏的光电阴极，对紫外光也具有较高的量子效率。但在某些应用中，对可见光的响应成为了探测紫外的噪声。为了消除可见光辐射的影响，希望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，这种阴极通常称为“日盲型光电阴极。关键就在于采用适宜的窗口材料，可使紫外辐射透过而射向光电阴极。目前比较实用的“日

6、盲型光电阴极有碲化铯(CsTe)和碘化铯(CsI)两种，这两种材料对太阳和地表辐射不敏感。在紫外区，它们有有限宽的响应范围(100280nm)。三、负电子亲和势材料 1963年由Simon根据对半导体物理的研究，首先提出了负电子亲和势(NEA)理论，1965年,Sheer和Laar在半导体技术迅速开展的根底上，用铯激活砷化镓得到零电子亲和势光电阴极，并首先研制出GaAs-Cs负电子亲和势光电阴极，光照灵敏度达500uA/lm，长波限为900nm。引起了人们的普遍关注。从此开展了IIIV族化物光电阴极的大量研究，得到了各种负电子亲和势光电阴极,不仅具有前所未有的高灵敏度，而且长波极限波长延伸到了

7、红外，地满足了夜视技术和激光技术，创始了新一代光电阴极的新场面。三种电子亲和势能图 前面讨论光电阴极都属于正电子亲和势(PEA)类型，外表的真空能级位于导带之上。但假设对半导体外表作特殊处理，使其能带在外表区域弯曲，真空能级降到导带之下，就获得负的电子亲和势，称作负电子亲和势光电阴极(NEA)。分立的p型Si和n型Cs2Op-Si涂一层n-Cs2O：电子与空穴互相扩散，形成电荷耗尽区，与pn结类似，电位下降原来如今量子效率高 逸出深度微米量级 而多碱 纳米 NEA 而PEA C.热电子发射小 由于不需抑制EA，可选较大Eg, 使然 10-16A/cm2; D.光电子的能量集中受激电子向外表迁移

8、中，与晶格碰撞，能量降低到倒带底，继续向外表扩散逸出外表光电子能量集中，都等于导带底能量空间、时间分辨率负电子亲和势光电阴极与前述的正电子亲和势光电阴极相比，具有以下特点：33 光电倍增管使光电阳极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极，而将其他局部的杂散电子散射掉，进步信噪比；使阴极面上各处发射的光电子有尽可能相等的波越时间以保证光电倍增管的快速响应。光电倍增管由光电阴极，电子光学输入系统(光电阴极到第一倍增极D1之间的系统)、二次发射倍增系统及阳极等构成。电子光学输入系统的作用斜劈式圆柱筒电极10ns带空膜片10ns球面形光电阴极+附加三筒形电极 0ns不同的倍增管的构造非聚焦式直列聚焦式

9、 1ns圆形鼠龙聚焦式光电倍增管的根本特性参数灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性输出信号和等效电路线性稳定性时间特性和频率特姓光电倍增管的根本特性参数灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性、输出信号等效电路线性稳定性时间特性和频率特姓光电倍增管的根本特性参数灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性、输出信号输出信号和等效电路线性稳定性时间特性和频率特姓(1)光电阴极和第一倍增级的热电子发射；(2)极间漏电流极间放电；(3)离子及其荧光管内剩余气体被电子电离；(4)场致发射电极尖端放电；(5)放射性和宇宙射线光电倍增管的根本特性参数灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性、输出信号等效电路线性稳定性时间特性和频率特姓灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性、输出信号等效电路线性稳定性时间/频率特性灵敏度和光谱响应度 放大倍数-电流增益暗电流伏安特性、输出信号等效电路线性稳定性时间/频率特性阳极电流较大时，阳极电压、尤其是后几级倍增级极间电压缺乏，容易出现电荷积累空间电荷，引起非线性；阴极电阻会引起外表点位差，降低被照射区与第一倍增级间电压，引起非线性；负载电阻上的压降