第5章++真空光电器件-吴益根
半导体器件物理习题与参考文献
第一章习题1–1．设晶格常数为a 的一维晶体，导带极小值附近能量为)(k E c ：mk k m k k E c 21222)(3)(-+= 价带极大值附近的能量为：mk m k k E v 222236)( -=式中m 为电子能量，A14.3,1 ==a ak π，试求： （1）禁带宽度；（2）导带底电子的有效质量； （3）价带顶空穴的有效质量。
1–2．在一维情况下：（1）利用周期性边界条件证明：表示独立状态的k 值数目等于晶体的原胞数；（2）设电子能量为*222nm k E =，并考虑到电子的自旋可以有两种不同的取向，试证明在单位长度的晶体中单位能量间隔的状态数为1*2)(-=E hm E N n。
1–3．设硅晶体电子中电子的纵向有效质量为L m ，横向有效质量为t m（1）如果外加电场沿[100]方向，试分别写出在[100]和[001]方向能谷中电子的加速度；（2）如果外加电场沿[110]方向，试求出[100]方向能谷中电子的加速度和电场之间的夹角。
1–4．设导带底在布里渊中心，导带底c E 附近的电子能量可以表示为*222)(nc m k E k E += 式中*n m 是电子的有效质量。
试在二维和三维两种情况下，分别求出导带附近的状态密度。
1–5．一块硅片掺磷1510原子3/cm 。
求室温下（300K ）的载流子浓度和费米能级。
1–6．若n 型半导体中（a ）ax N d =，式中a 为常数；（b ）ax d e N N -=0推导出其中的电场。
1–7．（1）一块硅样品的31510-=cm N d ，s p μτ1=，1319105--⨯=s cm G L ，计算它的电导率和准费米能级。
（2）求产生1510个空穴3/-cm 的L G 值，它的电导率和费米能级为若干？ 1–8． 一半导体31031610,10,10--===cm n s cm N i n a μτ，以及131810--=s cm G L ，计算300K 时（室温）的准费米能级。
《模拟电子技术基础》目录
模拟电子技术根底主编：黄瑞祥副主编：周选昌、查丽斌、郑利君杨慧梅、肖铎、赵胜颖目录绪论第1章集成运算放大器1.1 抱负运算放大器的功能与特性抱负运算放大器的电路符号与端口抱负运算放大器的功能与特性1.2 运算放大器的反相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响加权加法器运算放大器的同相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响电压跟随器1.4 运算放大器的差分输入阐发1.5 仪表放大器1.6 积分器与微分器1.6.1 具有通用阻抗的反相输入方式1.6.2 反相积分器1.6.3 反相微分器1.7 运算放大器的电源供电1.7.1 运算放大器的双电源供电1.7.2 运算放大器的单电源供电本章小结习题第2章半导体二极管及其底子电路2.1 半导体根底常识2 本征半导体2 杂质半导体2 两种导电机理——扩散和漂移2.2 PN结的形成和特性2.2.1 PN结的形成2.2.2 PN结的单向导电性2.2.3 PN结的反向击穿2.2.4 PN结的电容特性2.3 半导体二极管的布局及指标参数2 半导体二极管的布局2 二极管的主要参数2 半导体器件型号定名方法2.4 二极管电路的阐发方法与应用2.4.1 二极管电路模型2.4.2 二极管电路的阐发方法2 二极管应用电路2.5 特殊二极管2.5.1 肖特基二极管2.5.2 光电子器件本章小结习题第3章三极管放大电路根底3.1 三极管的物理布局与工作模式3 物理布局与电路符号3 三极管的工作模式3.2 三极管放大模式的工作道理3.2.1 三极管内部载流子的传递3.2.2 三极管的各极电流3.3 三极管的实际布局与等效电路模型3.3.1 三极管的实际布局3.3.2 三极管的等效电路模型3.4 三极管的饱和与截止模式3.4.1 三极管的饱和模式3.4.2 三极管的截止模式3.5 三极管特性的图形暗示3.5.1 输入特性曲线3.5.2 输出特性曲线3.5.3 转移特性曲线3.6 三极管电路的直流阐发3.6.1 三极管直流电路的阐发方法3.6.2 三极管直流电路阐发实例3.7 三极管放大器的主要参数3.7.1 三极管放大器电路3.7.2 集电极电流与跨导3.7.3 基极电流与基极的输入电阻发射极电流与发射极的输入电阻电压放大倍数3.8 三极管的交流小信号等效模型3.8.1 混合∏型模型3.8.2 T型模型3.8.3 交流小信号等效模型应用3.9 放大器电路的图解阐发3.10 三极管放大器的直流偏置3.10.1 单电源供电的直流偏置3.10.2 双电源供电的偏置电路集电极与基极接电阻的偏置电路恒流源偏置电路3.11 三极管放大器电路3.11.1 放大器的性能指标3.11.2 三极管放大器的底子组态共发射极放大器发射极接有电阻的共发射极放大器共基极放大器共集电极放大器本章小结习题第4章场效应管及其放大电路4.1 MOS场效应管及其特性4 增强型MOSFET〔EMOSFET〕4 耗尽型MOSFET〔DMOSFET〕4 四种MOSFET的比较4 小信号等效电路模型4.2 结型场效应管及其特性4 工作道理4 伏安特性4 JFET的小信号模型4.3 场效应管放大电路中的偏置4 直流状态下的场效应管电路4 分立元件场效应管放大器的偏置4 集成电路中场效应管放大器的偏置4.4 场效应管放大电路阐发4 FET放大电路的三种底子组态4 共源放大电路4 共栅放大电路4 共漏放大电路4 有源电阻本章小结习题第5章差分放大器与多级放大器5.1 电流源5 镜像电流源5 微电流源比例电流源5.2 差分放大器差分放大器模型差分放大器电路差分放大器的主要指标差分放大器的传输特性5.2.5 FET差分放大器5.2.6 差分放大器的零点漂移5.3 多级放大器5 多级放大器的一般布局5 多级放大器级间耦合方式5 多级放大器的阐发计算5.4 模拟集成电路读图操练5.4.1 模拟集成电路内部布局框图5.4.2 简单集成运放电路道理通用型模拟集成电路读图操练集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的分类正确选择集成运算放大器集成运算放大器的使用要点本章小结习题第6章滤波电路及放大电路的频率响应6.1 有源滤波电路6 滤波电路的底子概念与分类6 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器6.2 放大电路的频率响应6 三极管的高频等效模型6 单管共射极放大电路的频率特性阐发多级放大电路的频率特性本章小结习题第7章反响放大电路7.1 反响的底子概念与判断方法7 反响的底子概念7 负反响放大电路的四种底子组态反响的判断方法7.2 负反响放大电路的方框图及一般表达式7.2.1 负反响放大电路的方框图7.2.2 负反响放大电路的一般表达式7.3 负反响对放大电路性能的影响7.3.1 提高增益的不变性7.3.2 改变输入电阻和输出电阻7.3.3 减小非线性掉真和扩展频带7.4 深度负反响放大电路的阐发深度负反响条件下增益的近似计算虚短路和虚断路7.5 负反响放大电路的不变性问题负反响放大电路自激振荡及不变工作的条件负反响放大电路不变性的阐发负反响放大电路自激振荡的消除方法本章小结习题第8章功率放大电路8.1 概述8 功率放大电路的主要特点8 功率放大电路的工作状态与效率的关系8.2 互补对称功率放大电路8.2.1 双电源互补对称电路〔OCL电路〕8.2.2 单电源互补对称功率放大器〔OTL〕8.2.3 甲乙类互补对称功率放大器8.2.4 复合管互补对称功率放大器8.2.5 实际功率放大电路举例8.3 集成功率放大器8.3.1 集成功率放大器概述8.3.2 集成功放应用简介8.4 功率放大器实际应用电路OCL功率放大器实际应用电路OTL功率放大器实际应用电路集成功率放大器实际应用电路功率放大器应用中的几个问题本章小结习题第9章信号发生电路9.1 正弦波发生电路9.1.1 正弦波发生电路的工作道理和条件9.1.2 RC正弦波振荡电路9.1.3 LC正弦波振荡电路9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路9.2 电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器窗口比较器集成电压比较器9.3 非正弦波发生电路9.3.1 方波发生电路9.3.2 三角波发生电路9.3.3 锯齿波发生电路集成函数发生器简介本章小结习题第10章直流稳压电源10.1 引言10.2 整流电路10.2.1 单相半波整流电路单相全波整流电路10.2.3 单相桥式整流电路10.3 滤波电路10.3.1 电容滤波电路10.3.2 电感滤波电路10.3.3 LC滤波电路Π型滤波电路10.4 线性稳压电路10.4.1 直流稳压电源的主要性能指标10.4.2 串联型三极管稳压电路10.4.3 提高稳压性能的办法和庇护电路10.4.4 三端集成稳压器10.5 开关式稳压电路10.5.1 开关电源的控制方式10.5.2 开关式稳压电路的工作道理及应用电路10.5.3 脉宽调制式开关电源的应用电路本章小结习题。
第5章++真空光电器件-吴益根
特点： 1）量子效率高 ------因其逸出深度高的多， 如图为GaAs,InGaAs,GaAsP 等材料的光谱响应曲线。他 们在很宽的光谱范围内光谱 响应曲线平坦。 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 负电子亲合势光电 极的阈值波长为 阴极的阈值波长为
1240 0 ( nm ) Eg E A
5.1.3 常用的光电阴极材料
1.Ag-O-Cs 材料 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 2. 单碱锑化物 锑和某一种碱金 属的化合物 3. 多碱锑化物 锑和多种碱金属 的化合物 CsSb： 紫外和可见光区的灵敏度最高 适合于测量较强的入射光
具有高灵敏度的宽光谱响应，红 外端可延伸到930nm，适用于 宽带光谱测量仪。
4.负电子亲合势光电阴极 前面讨论的常规光电阴极都属于正电子亲合势（PEA）类 型，表面的真空能级位于导带之上。如果把半导体的表面作 特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下， 从而使有效的电子亲合势变为负值，经过这种特殊处理的光 电阴极称为负电子亲合势光电阴极（NEA）。 负电子亲合势材料制作的光电阴极与前述的正电子亲合势 光电阴极相比，具有4个方面的特点。
1.入射窗口
1）窗口形式 -----决定了入射光的透过情况
侧窗式 反射式光 电阴极
透射式光 电阴极
端窗式
光电倍增管的光窗是入射光的通道，光窗材料对光的 吸收与波长有光，波长越短吸收越多。光窗通常有侧窗和 端窗两种类型。侧窗式是通过管壳的侧面接收入射光，端 窗是通过端面接收入射光。
2）常用的窗口材料 光电倍增管常用的窗口材料有硼硅玻璃、 透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石和MgF2 它们的透射率如右图所示，下面简单讨论 这些材料的特性。 硼硅玻璃：透射范围从300nm~红外。 透紫外玻璃：可透过的最短波长为185nm，但化学稳定性较差 熔融石英：可透过的最短波长为160nm 蓝宝石：可透过的最短波长为150nm MgF2: 可透过的最短波长为115nm
电子技术基础(电工Ⅱ)李春茂主编_机械工业出版社_课后习题答案
1-9 有 A、B、C 3 只晶体管，测得各管的有关参数与电流如题表 1-2 所示，试填写表中空白的栏目。
表 1-2 题 1-9 表
电流参数
管号
iE / mA iC / mA iB / μA ICBO / μA ICEO / μA
A
1
0.982
18
2
111
0.982
B
0.4
0.397
3
1
132.3 0.99
目录
第一章 双极型半导体器件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 第二章 基本放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7 第三章 场效应晶体管放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 第四章 多级放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙23 第五章 集成运放电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙33 第七章 直流稳压电源∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙46 第九章 数字电路基础知识∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙51 第十章 组合逻辑电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙61 第十一章 时序逻辑电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73 第十二章 脉冲波形的产生和整形∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙90 第十三章 数/模与模/数转换电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙96
山东理工大学电气与电子工程学院光电检测技术课件第五章
不透明阴极通常较厚， 光照射到阴极上，光电子从 同一面发射出来，所以不透 明光电阴极又称为反射型阴极
透射型阴极通常制作在透明介质 上，光通过透明介质后入射到光电阴 极上。
光电子则从光电阴极的另一边发 射出来，所以透射型阴极又称为半透 明光电阴极。
5.1.3. 常用光电阴极材料(正电子亲和势(PEA)类型材料)
为了使光电子能有效地被各倍增极电极收集并倍增，阴极与第一倍增极、各 倍增极之间以及末级倍增极与阳极之间都必须施加一定的电压。最普通的形式是 在阴极和阳极之间加上适当的高压，阴极接负，阳极接正，外部并接一系列电阻， 使各电极之间获得一定的分压，如上图所示 。
§5.3 光电倍增管的主要特性参数
1．灵敏度 灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参数
(1)Ag-O-Cs具有良好的可见和近红外响应。 透射型光谱响应: 300nm到1200nm， 反射型光谱响应: 300m到1100nm。
Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外探测。
(2)单碱锑化合物(PEA) 以金属锑与碱金属如锂、钠、钾、铯中的一种构成的化合物， 都是 能形 成具有稳定光电发射的发射材料， CsSb最为常用，在紫外和可见光 区的灵敏度最高。
(1)光谱响应 阴极的光谱灵敏度取决于光电阴极和窗口的材料性质。 阳极的光谱灵敏度等于阴极的光谱灵敏度与光电倍增管放大系数的乘积， 而其光谱响应曲线基本上与阴极的相同。
(2)阴极灵敏度
阴极的光照灵敏度定义为光阴极产生的光电流与入射到它上面
的光通量之比，即 (3)阳极灵敏度
SK
=
IK Φ
阳极光照灵敏度表示光电倍增管在接收分布温度为2856K的光辐射时
光电管内可以抽成真空也可以充入低压惰 性气体的不同， 所以有真空型和充气型两种。
《真空电子技术》2011年总目次
遗传 算法 在螺旋线行波管优化 中的应用 …………………… …………………………………… 刘培印， 胡玉禄 ， 中海， １ ） 杨 等（０
圃 二 鱼
ｔ
Ａ１ 陶瓷 表 面 化 学 镀 镍 工 艺 … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … 钟 小婧 ， 明礼 ， 慧 ， （ ４ Ｎ 秦 李 等 １）
一
种 双 频 段 正 交 模 耦 合 器 的设 计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… …… … … … … 赵 晓 娜 ， 忠 勋 （３ 王 １）
理 想 导 电 圆柱 电磁 场 分 布 二 维 有 限 元 方 法 分 析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 龚 亚 军 ， 建 清 ， 立 ， （６ 李 徐 等 １） 行 波 管 中聚 焦 磁 场 对 互 作 用 影 响 的 研 究 … … … … … … … … … … …… …… … … … … … … … … … … 余 金 清 ， 玉禄 ， 斌 （ １ 胡 李 ２）
Ｇ Ａｓ 极 激 活 氧 源 获 得技 术研 究 … … … … … … … … … …… …… …… … … … … … … … … … … … … … … … 徐 江 涛 ， 珂 （ Ｏ ａ 阴 徐 ５） 涡 流 对 真 空 灭 弧 室 开 断 电 流 的影 响 … … …… …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… …… … … … … … 司 红 （ ３ ５）
第 ３期 研 究 与设 计
抑 制 空 间行 波 管 五 阶交 调 失 真 的 信 号 注 入 法 … … … … … … … … … … … … … … … … …… …… … … 刘 南平 ， 东 明 ， 克 文 （ ） 赵 夏 １ 螺旋 线 行 波 管 薄 膜 衰 减 器 高 频 衰 减 特 性 的 研 究 … … … … …… …… …… … … … … … … … … … … 杨 敏 ， 玉禄 ， 中 海 ， （ ） 胡 杨 等 ６
半导体器件教材
半导体器件教材
以下是一些关于半导体器件的教材，适合初学者和专业人士参考：
1. 《半导体物理与器件》 - 马达扬，高等教育出版社，2006
年。
2. 《semiconductor device fundamentals》- Robert F. Pierret, 第
二版，Addison-Wesley，1996年。
3. 《半导体器件及其应用》 - 吴天石等，第三版，科学出版社，2012年。
4. 《半导体器件原理》 - 谢阳等，第三版，高等教育出版社，2013年。
5. 《半导体器件设计和制造》 - Steven S. Suh, John Wiley & Sons Inc.，2002年。
6. 《微电子学：电路分析与设计》 - Donald A. Neamen，第四版，McGraw-Hill Education，2011年。
7. 《集成电路设计：原理与实战》 - 徐文勇，电子工业出版社，2014年。
以上教材既包含了半导体物理学的基本原理，也涵盖了半导体
器件的主要类型、性能和应用。
其中许多书籍也提供相应的例题和实验，帮助读者深入理解和应用相关知识。
《机电元件》杂志编辑委员会
扩束式光纤连接器发展展望 冯 浩，青 春，楚淇博（４９）
密封继电器推动球磨损原因初探 王 永，孙雪松，胡明兴（５３）
接触器发展方向初探 毕德林（５７） 电磁继电器国军标和国标及核电厂标准对比
齐江宁，钱 渭，刘建林，等（６１） ·广 告·
国营第八九一厂 （封二） 陕西众力通用电器股份有限公司 （封三） 四川华丰企业集团有限公司 （封四）
《机电元件》杂志编辑委员会
主 任 委 员：吴学锋 副主任委员：陈祥林 社 长：张景川 主 编：陈守金 副 主 编：王建国 翟国富 编 委：陈嵩辉 王少军 王立忠 王治印 甘仁礼 刘 ? 吴义彬 吴世湘 陈永欣 李岐新 李凌志 张景川 林雪燕 吴京洧 杨奋为 闻春国 费鸿俊 钱 渭 董文亮 薛 萍 编 委 单 位：哈尔滨工业大学 北京邮电大学 福州大学 中国电子科技集团公司第 ４０研究所 中国电子科技集团公司第 ２３研究所 国营第七九六厂 国营第七九二厂 国营第八五三厂 国营第八五一厂 中国航天科技集团公司八二五厂 上海航天技术研究院第 ８０８研究所 贵州航天电器股份有限公司 中航光电科技股份有限公司 桂林航天电子有限公司 洪都无线电厂 厦门宏发电声股份有限公司 杭州日月电器股份有限公司 主 管：四川华丰企业集团有限公司 主 办：国营第七九六厂 （四川华丰企业集团有限公司） 协 办：中国电子元件行业协会电接插元件分会 编 辑 出 版：机电元件编辑部 发 行：机电元件编辑部 通 信 地 址：四川省绵阳市经开区三江大道 １１８号 邮 政 编 码：６２１０００ 电 话：（０８１６）２３３０３２２ 传 真：（０８１６）２３３５６０６ 电 子 邮 箱：ｊｉｄｙｊ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 印 刷：绵阳文轩阁印务有限责任公司 刊 号： ＩＳＳＮ１０００—６１３３ ＣＮ５１—１２９６／ＴＭ 国内邮发代号：６２－３３１ 广告经营许可证：５１０７０００３６７ 定 价：每期 １０元，全年 ６０元 出 版 日 期：２０２１年 ２月 ２５日 责 任 编 辑：闻春国 钱 渭 张 霖
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1240 0 ( nm ) Eg
与光谱响应范围相同的正电子亲合势的光电发射材料相 比，负电子亲合势的光电材料的禁带宽度一般比较宽， 所以热电子不容易发射。
4）光电子的能量集中 当负电子亲合势光电阴极受光照时，被激发的电子在导 带内很快热化并落入导带底，热化电子很容易扩散到达 能带弯曲的表面，然后发射出去，所以其光电子能量基 本上等于导带底的能量。
1）二次电子发射原理
当具有足够动能的电子轰击倍增极材料 时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电 子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二 次电子。为了表征材料发射电子的能力，用右 边系数表示。 二次电子发射过程可以分为3个阶段：
•材料吸收一次电子的能量，跃迁到高能态，脱 离原子的速缚，称为内二次电子 •内二次电子中速度指向表面的电子向表面运动
（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。
2.量子效率
光电阴极受特定波长的光照射时，该阴极所发射的光电子数与入 射的光子数之比值，称为量子效率，用公式表示：
N e ( ) Q N P ( )
量子效率与光谱灵敏度之间的关系如下式；式中λ单位为nm； S(λ)为光谱灵敏度，单位为A/W。
④负电子亲合势材料，如铯激活的磷化镓
3）倍增极结构 有聚焦型和非聚焦型两大类。 聚焦型--鼠笼式、盒栅式、直线聚焦式 非聚焦型----
K
A
百叶窗式、近贴栅网式、微通道 板式
4. 阳极
阳极的作用是收集从末级倍增极发射出的二次电子。最简单常用的阳极是 栅状阳极，他的输出电容小，阳极附近也不易产生空间电荷效应。 光电倍增管的工作原理：1.光子透过入射窗口入射在光电阴极K上2.光电阴 极受光照激发，表面发射光电子3.光电子被电子光学系统加速和聚集后入射 到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入 射电子经N级倍增极倍增后，光电子数就放大N次4.经过倍增后的二次电子 由阳极P收集起来，形成阳极光电流Ip，在负载上产生信号电压Uo
电子光学系统
阴极K
D1
D2
D4 D5
A阳极
D3
μA
U1
U2
U3
U4
U5
U6
工作原理
•每一倍增极之间的电压为50-150V。 •每7-10个光子从光电阴极发射出1-3个电子。
•电子被加速打在倍增极上，每1个电子可以打出3-6个电子。
•一直持续下去直到最后一个倍增极,电子数量达到105-108， •最后这些电子被吸引到阳极形成电流输出。电流的大小正比于光阴极接受 的光子数目，即正比于探测器吸收的辐射通量或照度。
2. 电子光学系统
是指：阴极到倍增系统第 一倍增极之间的电极空间， 包括光电阴极、聚焦极、 加速极及第一倍增极。
作用： •使光电子尽可能的汇集到第一倍增极上，而将其他部分的 杂散热电子散射掉，提高信噪比。 •尽量使电子的渡越时间相同，这样可以保证光电倍增管的 快速响应。
3. 电子倍增极
倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是有 二次电子材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。
特点： 1）量子效率高 ------因其逸出深度高的多， 如图为GaAs,InGaAs,GaAsP 等材料的光谱响应曲线。他 们在很宽的光谱范围内光谱 响应曲线平坦。 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 负电子亲合势光电 极的阈值波长为 阴极的阈值波长为
1240 0 ( nm ) Eg E A
hc S ( ) 1240 I ( ) q Ne ( ) S ( ) Q q N P ( ) e ( ) hv
3.光谱响应曲线 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，称为光谱响应曲线。 4.热电子发射 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 电流密度，这些热发射电子会引起噪声。
1.入射窗口
1）窗口形式 -----决定了入射光的透过情况
侧窗式 反射式光 电阴极
透射式光 电阴极
端窗式
光电倍增管的光窗是入射光的通道，光窗材料对光的 吸收与波长有光，波长越短吸收越多。光窗通常有侧窗和 端窗两种类型。侧窗式是通过管壳的侧面接收入射光，端 窗是通过端面接收入射光。
2）常用的窗口材料 光电倍增管常用的窗口材料有硼硅玻璃、 透紫外玻璃、熔融石英、蓝宝石和MgF2 它们的透射率如右图所示，下面简单讨论 这些材料的特性。 硼硅玻璃：透射范围从300nm~红外。 透紫外玻璃：可透过的最短波长为185nm，但化学稳定性较差 熔融石英：可透过的最短波长为160nm 蓝宝石：可透过的最短波长为150nm MgF2: 可透过的最短波长为115nm
5.1.1 光电阴极的主要参数 1.灵敏度：主要分为三类
（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
也就是局部波长范围的积分灵敏度。表示在某些 特定的波长区域，光电阴极光电流与入射光的白 光光通量之比。
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
具有高灵敏度的宽光谱响应，红 外端可延伸到930nm，适用于 宽带光谱测量仪。
4.负电子亲合势光电阴极 前面讨论的常规光电阴极都属于正电子亲合势（PEA）类 型，表面的真空能级位于导带之上。如果把半导体的表面作 特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下， 从而使有效的电子亲合势变为负值，经过这种特殊处理的光 电阴极称为负电子亲合势光电阴极（NEA）。 负电子亲合势材料制作的光电阴极与前述的正电子亲合势 光电阴极相比，具有4个方面的特点。
5.1.3 常用的光电阴极材料
1.Ag-O-Cs 材料 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 2. 单碱锑化物 锑和某一种碱金 属的化合物 3. 多碱锑化物 锑和多种碱金属 的化合物 CsSb： 紫外和可见光区的灵敏度最高 适合于测量较强的入射光
③冷却时要防止光入射窗上凝结水汽，引起入射光线的散 射，同样在管座上也易引起高压击穿和漏电流
④致冷温度不能过低，否则可能会引起阴极和倍增极材料 的损坏，或者是玻壳封结处裂开
5. 伏安特性 1）阴极伏安特性曲线
它表示阴极电流 IK 与阴极与第一倍 增极之间电压的关系。如由上图所 示，当阴极电压大于一定值后，阴 极电流开始趋向饱和，与入射光通 量成线性关系。
15
IK(nA)
3Ф 2Ф Ф
50
100
10 5
2）阳极伏安特性曲线
相应于不同辐射通量值的阳极伏安 特性示于图中，它表示阳极电流 IP 对于最后一级倍增极和阳极间的电 压U的关系。如右下图可知，当阳极 电压大于一定值后阳极电流趋向饱 和，与入射到阴极面上的光通量成 线性关系。
二次电子 N 2 N1 发射系数
N1入射光子数
N2出射光电数
一般为3-6个 可达20-25个
•穿过表面势垒区发射到真空中
2）倍增极材料 大致可以分为以下4类 ①主要银氧和锑銫两种化合物，它们即可做光电发射材料，也可做 二次电子发射材料 ②氧化物型，氧化镁、氧化钡 ③合金型，银镁、铝镁、铜镁、铜铍
5.1 光电阴极
能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发 射体在光电器件中常作为阴极，所以称为光电阴极。 • 光电发射效应----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，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。
设各倍增系数都为
IP k N N N kN M ( CU ) C U IK N C E kN kN N kN E C ( ) AE kN ( N 1 ) N 1
则：
3. 暗电流
正常工作状态下,但无信号光照的情况下,阳极的电流输出叫暗电流；分为 三类： （1）阴极的热电子发射是主要原因。 只能通 过降低阴极温度来减弱。 （2）支撑电极的绝缘体的漏电。保持清洁
5.紫外光电阴极 ---在某些应用中，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，这种阴极 通常称为“日”盲型光电阴极 目前比较常用的有： CsTe(长波限0.32μm） CsI（长波限0.2μm)
5.2 光电管与光电倍增管 5.2.1 光电管
光电管主要由玻管（光窗）、光电阴极和阳极三部分组成。下图为工作电 路和结构示意图。 因光电管内有抽成真空或充入低压惰性气体，所以又真空型和充气型两种。 真空光电管的工作原理是：当入射的光线从光窗照射到光电阴极上时，后者 就发射光电子，光电子在电场的作用下被加速，并被阳极收集，形成的光电流 的大小主要由阴极灵敏度和光照强度等决定。 在充气光电管中，光电阴极产生的光电子在加速向阳极运动中与气体原子碰 撞而使后者发生电离，电离产生的新电子数倍于原光电子，因此在电路内形成 数倍于真空管的光电流。 Φ 阴极K IФ
N2 CU k N1
C是常数 k一般为0.7~0.8
设第一，第二、第三、……、第N极的倍增系数分别为：
1 , 2 , 3 ,...... N
且电子极光电电流和阴极电流的关系为
I P I K 1 2 3 ...... N
5.1.2 光电阴极的分类：一般分为投射型与反射型两种
透射型： 通常制作在透明介质上，光通过透明介质射 向光电阴极，而光电子从光电阴极的另一面 发射出去，所以又称为半透明光电阴极。 光 电子 对阴极的厚度有要 求,不能太厚
反射型： 由于光电子的逸出深度是有限的，因此所有 半透明光电阴极都有一个最佳厚度。不透明 阴极通常较厚，光照射到阴极上，电子从同 一测射出，所以不透明光电阴极又称为反射 型阴极。 光 阴极一 般较厚 电子