【正文】 ，低反射性質(zhì)； ， 50%~60%, 長(zhǎng)波到達(dá) 9%。因?yàn)轶w內(nèi)冷電子能量仍高于真空能級(jí)，所以它們運(yùn)動(dòng)到真空界面時(shí)，可以很容易地逸出。但是熱電子的逸出深度只有幾十納米，絕大部分電子來不及到達(dá)真空界面，就已經(jīng)落到導(dǎo)帶底變成冷電子了。熱電子的平均壽命非常短，約 1014～ 1012s。價(jià)帶中的電子吸收光子能量，躍遷到導(dǎo)帶底以上，成為 熱電子 （受激電子能量超過導(dǎo)帶底的電子）。 NEA發(fā)射體導(dǎo)帶底的電子能量高于真空能級(jí)，而常規(guī)發(fā)射體電子親和勢(shì)仍是正的。NEA發(fā)射體和常規(guī)光電發(fā)射體的表面，電子狀態(tài)是類似的，導(dǎo)帶底上的電子能量都低于真空能級(jí)，其差值為 Ea。 如果給半導(dǎo)體 (Ⅲ Ⅴ 族 )的表面作特殊處理，使表面區(qū)域能帶彎曲，真空能級(jí)降低到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢(shì)為負(fù)值，這種能帶彎曲勢(shì)必影響導(dǎo)帶中電子逸出所需的能量，也就改變了光電逸出功。 目前，比較實(shí)用的“日盲”型光電陰極有碲化銫(CsTe, ?c＝ 320nm)和碘化銫 (CsI, ?c ＝ 200nm)，日盲型光電倍增管是一種裝置于空間衛(wèi)星上進(jìn)行紫外輻射探測(cè)，以及應(yīng)用在原子分光光度計(jì)和核酸蛋白檢測(cè)儀上進(jìn)行紫外光譜檢測(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件。有時(shí)，為了消除背景輻射的影響，要求光電陰極只對(duì)所探測(cè)的紫外輻射信號(hào)靈敏，而對(duì)可見光無響應(yīng)。 量子效率可達(dá) 10％， 約為 Cs3Sb光電陰極的一半，其優(yōu)點(diǎn)是 光譜響應(yīng)與人眼相匹配 。 15 將近紅外區(qū)具有高靈敏度的 AgOCs陰極和藍(lán)光區(qū)具有高靈敏度的 BiCsO陰極相結(jié)合，可以獲得在整個(gè)可見光譜內(nèi)有較均勻響應(yīng)和高靈敏度的鉍銀氧銫光電陰極。量子效率不高，峰值處約 %～ 1%左右。 銀氧銫光電陰極的光譜響應(yīng)有兩個(gè)峰值，一個(gè)在 350 nm處，一個(gè)在 800 nm處。 它的特點(diǎn)是對(duì)近紅外輻射靈敏。 暗電流低，光譜響應(yīng)范圍寬。 多堿 ：兩種或三種堿金屬與銻化合形成多堿銻化物光陰極。長(zhǎng)波限約為650nm，對(duì)紅外不靈敏，廣泛用于紫外和可見光區(qū)的光電探測(cè)器中。 13 二、光電陰極材料 1. 單堿與多堿銻化物光陰極 單堿： 金屬銻（ Sb）與堿金屬鋰（ Li）、鈉（ Na）、鉀（ K）、銣 (Rb)、銫（ Cs）中的一種化合，能形成具有穩(wěn)定光電發(fā)射的發(fā)射體。光電發(fā)射陰極的暗電流與材料的光電發(fā)射閾值有關(guān)。它們之間的關(guān)系為 ???? λe,λe,λe,Kλ1 2 4 0qhc/q/ SShΦI ???12 3. 光譜響應(yīng)曲線 光電發(fā)射陰極的光譜靈敏度或量子效率與入射輻射波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱為光譜響應(yīng) 。 （ mA/W或 A/W） (mA/lm) ???0λe,Ked ?ΦIS?? 780380 λv,Kd ?ΦISV11 ２ .量子效率 定義在 單色輻射 作用于光電陰極時(shí)，光電陰極發(fā)射單位時(shí)間發(fā)射出去的光電子數(shù) Ne,λ ,與入射的光子數(shù)之比為光電陰極的量子效率 η λ （或稱量子產(chǎn)額）。A/W或 A/W） 10 （ 2） 積分靈敏度 定義：在某波長(zhǎng)范圍內(nèi)的積分輻射作用于光電陰極時(shí)，光電陰極輸出電流 Ik與入射輻射通量 φ e之比。 （ 1) 光譜靈敏度 定義在單色（單一波長(zhǎng)）輻射作用于光電陰極時(shí)，光電陰極輸出電流 Ik與單色輻射通量 φ e,λ 之比為光電陰極的光譜靈敏度 Se,λ 。1 光電探測(cè)與信號(hào)處理 第三章 光電探測(cè)器 華中科技大學(xué) 2 第三章 光電探測(cè)器 教學(xué)內(nèi)容 課內(nèi)學(xué)時(shí) 課外學(xué)時(shí) 光電子發(fā)射探測(cè)器 (PE) 光電導(dǎo)探測(cè)器 4h 4h 光伏探測(cè)器 光伏效應(yīng)及其特性曲線 幾種典型光伏器件 光伏探測(cè)器的主要特性 4h 4h 熱電探測(cè)器 基本原理 熱電偶和熱電堆 測(cè)輻射熱計(jì) (Bolometers) 4h 4h 像管 攝像管 CCD固體攝像器件 (Charge Coupled Device) CMOS圖像傳感器 4h 8h 3 光電發(fā)射器件是基于外光電效應(yīng)的器件 光電子發(fā)射探測(cè)器 (PEPhoto Emission) 4 dynode Microchannel plates 光電管 光電倍增管 像增強(qiáng)管 5 優(yōu)點(diǎn) ：靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快和噪聲小 缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作電壓高，體積大 光電發(fā)射器件的特點(diǎn) 許多應(yīng)用領(lǐng)域被性價(jià)比更高、體積小巧便于集成的半導(dǎo)體光電器件所替代，但在 微弱光信號(hào)探測(cè)、快速光脈沖探測(cè) 等方面仍占優(yōu)勢(shì)。 6 光電陰極 光電管、像增強(qiáng)管 光電倍增管 一、光電倍增管組成及工作原理 二、 光電倍增管的主要特性參數(shù) 三、光電倍增管的供電電路 四、光電倍增管的應(yīng)用 五、小結(jié) 7 光電陰極 ? 將不同波長(zhǎng)的各種輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，均依賴光電陰極； ? 光電陰極關(guān)系到光電器件的各項(xiàng)光電性能 8 一、光電陰極的主要參數(shù) 1. 靈敏度 2. 量子效率 3. 光譜響應(yīng) 4. 暗電流 9 1. 靈敏度 包括光譜靈敏度與積分靈敏度 。 λe,Ke, ΦIS ??（ 181。 在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的 “ 白光 ” 作用于光電陰極時(shí)，光電陰極電流 Ik與入射光通量 φ v之比為光電陰極的白光靈敏度 Sv。即 λp,λe,NN??? 量子效率和光譜靈敏度是一個(gè)物理量的兩種表示方法 。 4. 暗電流 光電發(fā)射陰極中少數(shù)處于較高能級(jí)的電子在室溫下獲得了熱能產(chǎn)生 熱電子發(fā)射 ，形成暗電流。一般光電發(fā)射陰極的暗電流極低，其強(qiáng)度相當(dāng)于 1016~1018A/cm2的電流密度。 最常用的是 銻化銫 (Cs3Sb) ，其陰極靈敏度最高。銻化銫陰極的峰值量子效率較高， 一般高達(dá) 20%～30%， 比銀氧銫光電陰極高 30多倍。其 量子效率峰值可高達(dá) 30%。雙堿陰極 銻鉀鈉（ Na2KSb），銻銫鉀（ K2CsSb） ； 三堿陰極 銻鉀鈉銫（ NaKSb Cs） 14 2. 銀氧銫與鉍銀氧銫光電陰極 銀氧銫 (AgOCs)陰極是最早使用的實(shí)用光陰極。 制作過程是先在真空玻璃殼壁上涂上一層銀膜再通入氧氣，通過輝光放電使銀表面氧化，對(duì)于半透明銀膜由于基層電阻太高，不能用放電方法而用射頻加熱法形成氧化銀膜，再引入銫蒸汽進(jìn)行敏化處理，形成 AgOCs薄膜。光譜范圍在 300 nm到 1200 nm之間。 銀氧銫使用溫度可達(dá) 100℃ ，但暗電流較大，且隨溫度變化較快。 鉍銀氧銫光電陰極制作方法很多，四種元素可以有不同的結(jié)合次序，如 BiAgOCs, BiOAgCs, AgBiOCs等。 16 17 暗電流比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb 量子效率比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb多堿 靈敏度比較： AgOCs BiAgOCs Cs3Sb 多堿 18 3. 紫外光電陰極 通常來說，對(duì)可見光靈敏的光電陰極對(duì)紫外光也有較高的量子效率。這種陰極通常稱為 “日盲”（ solar blind）型光電陰極。 19 4. 負(fù)電子親和勢(shì)（ NEA: Negative Electroaffinity）光電陰極 常規(guī)的光電陰極屬于 正電子親和勢(shì) (PEA)類型，即表面的真空能級(jí)位于導(dǎo)帶之上。 經(jīng)過特殊處理的陰極稱作負(fù)電子親和勢(shì) (NEA) 光電陰極 . 20 采用特殊工藝，例如在重?fù)诫s P型硅表面涂一薄層 CsO2，可形成 NEA材料。但是，兩者體內(nèi)電子能量則不同。 NEA陰極的量子效率高于正電子親和勢(shì)陰極， 可從其光電發(fā)射過程進(jìn)行分析。在向表面運(yùn)動(dòng)的過程中，由于碰撞散射而發(fā)生能量損失，故很快就落到導(dǎo)帶底而變成 冷電子 （能量恰好等于導(dǎo)帶底的電子）。如果在這么短的時(shí)間內(nèi)能夠運(yùn)動(dòng)到真空界面，自然能逸出。冷電子的平均壽命比較長(zhǎng)，約 109～ 108s，其逸出深度可達(dá) 1000納米。 因此NEA量子效率比常規(guī)發(fā)射體高得多 。 1181。 喬建良； 常本康； 錢蕓生等，負(fù)電子親和勢(shì) GaN光電陰極光譜響應(yīng)特性研究， 物理學(xué)報(bào)2022年 05期 22 2