第4章光电发射器件详解
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光电技术_04光电发射器件
电流最低的器件。
影响暗电流的主要因素：
•欧姆漏电 •热发射 •残余气体放电 •场致发射 •玻璃壳放电和玻璃荧光
(1). 欧姆漏电
电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰 尘漏电等。欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献 小。在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要 部分。
(2). 热发射 由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易 产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电 子发射，并被电子倍增系统倍增。这种热发射暗电 流将对低频率弱辐射光信号的探测影响严重。在光 电倍增管正常工作状态下，是暗电流的主要成分。
2 I nk 2qIk f 2qf ( I sk I bk I dk )
散粒噪声电流将被逐级放大，并在每一级都产生 自身的散粒噪声。每一个倍增极输出的散粒噪声电流如下:
2 2 ( I nk1 )2 2qI k1f I nk 1 (1 1 ) 第1级 I nD1
2）倍增极结构: --------聚焦型与非聚焦型 非聚焦型----百叶窗型与盒栅式
盒栅式
聚焦型----瓦片静电聚焦型和圆形鼠笼式
4.3 光电倍增管的基本特性
1. 灵敏度
(1)阴极灵敏度
单色波入射，光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之 比称为阴极灵敏度 I
S k ,λ
k
Φe, λ
Ik
获得了热能产生热电子发射，形成暗电流。光电发射阴
极的暗电流与材料的光电发射阈值有关。一般光电发射 阴极的暗电流极低，其强度相当于10-16~10-18Acm-2的电 流密度。
4.1.2 光电阴极材料
锑铯(Cs3Sb)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650nm，对红外不灵敏。
影响暗电流的主要因素：
•欧姆漏电 •热发射 •残余气体放电 •场致发射 •玻璃壳放电和玻璃荧光
(1). 欧姆漏电
电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰 尘漏电等。欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献 小。在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要 部分。
(2). 热发射 由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易 产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电 子发射，并被电子倍增系统倍增。这种热发射暗电 流将对低频率弱辐射光信号的探测影响严重。在光 电倍增管正常工作状态下，是暗电流的主要成分。
2 I nk 2qIk f 2qf ( I sk I bk I dk )
散粒噪声电流将被逐级放大，并在每一级都产生 自身的散粒噪声。每一个倍增极输出的散粒噪声电流如下:
2 2 ( I nk1 )2 2qI k1f I nk 1 (1 1 ) 第1级 I nD1
2）倍增极结构: --------聚焦型与非聚焦型 非聚焦型----百叶窗型与盒栅式
盒栅式
聚焦型----瓦片静电聚焦型和圆形鼠笼式
4.3 光电倍增管的基本特性
1. 灵敏度
(1)阴极灵敏度
单色波入射，光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之 比称为阴极灵敏度 I
S k ,λ
k
Φe, λ
Ik
获得了热能产生热电子发射，形成暗电流。光电发射阴
极的暗电流与材料的光电发射阈值有关。一般光电发射 阴极的暗电流极低，其强度相当于10-16~10-18Acm-2的电 流密度。
4.1.2 光电阴极材料
锑铯(Cs3Sb)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650nm，对红外不灵敏。
《光电发射器》课件
04
光电发射器的设计与优化
光源的选择与设计
总结词
光源的选择与设计是光电发射器性能的关键因素之一，直接影响到光电发射器的输出功 率、光束质量、稳定性等。
详细描述
在光源的选择上，需要根据光电发射器的应用需求和工作环境，选择合适的光谱范围、 功率、寿命等参数的光源。同时，还需要考虑光源的稳定性、抗干扰能力等因素。在光 源的设计上，需要采用先进的光学设计理论和技术，优化光源的光束质量、光强分布等
光电发射器的分类与特点
分类
根据光敏材料的种类，光电发射器可 分为硅基光电发射器、锗基光电发射 器、化合物半导体光电发射器等。
特点
光电发射器具有高灵敏度、快速响应 、低噪声等优点，广泛应用于光通信 、光检测、光传感等领域。
光电发射器的应用领域
光通信
光电发射器作为光信号发射端， 可将高速数字信号转换为光信号 ，实现高速、大容量信息传输。
光检测
光电发射器可用于各种光检测系统 中，如光谱分析、光学干涉、光学 成像等，提高检测精度和灵敏度。
光传感Байду номын сангаас
光电发射器可用于环境光传感、生 物传感等领域，实现非接触式测量 和实时监控。
02
光电发射器的基本结构
光源
01
02
03
光源类型
包括LED、激光、氙灯等 ，根据应用需求选择合适 的光源。
光谱特性
《光电发射器》课件
目录
• 光电发射器概述 • 光电发射器的基本结构 • 光电发射器的性能参数 • 光电发射器的设计与优化 • 光电发射器的应用实例
01
光电发射器概述
光电发射器的定义与工作原理
定义
光电发射器是一种能够将光信号 转换为电信号的器件，通常由光 敏材料和电路组成。
光电发射器件
形成充气型的光电管。
无论真空型还是充气型均属于 光电发射型器件，简称为光电管。
工作原理电路如图4-2所示，在 阴极和阳极之间加有一定的电压， 建立电场。
1、真空型光电管的工作原理 光透过真空光电管的入射到光电阴极面上，产生光电子发射， 在阴极和阳极之间的电场作用下，光电子作加速运动，被高电位
阳极收集，形成光电流，其大小取决于阴极灵敏度和辐射强度。
2、充气型光电管的工作原理 光生电子在电场的作用下运动途中与惰性气体原子碰撞而 电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集， 形成数倍于真空型光电管的光电流 。
• 4.2.2 光电倍增管的原理
光电倍增管（Photo-multiple tube简称为PMT）主要由光入 射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等组成。
• 4.1.2 光电阴极材料
1. 单碱与多碱锑化物光阴极
锑铯(Cs3Sb)光电阴极 是最常用的，量子效率很 高。长波限约为650nm，对 红外不灵敏。
锑铯阴极峰值量子效 率较高，常达20%~30%， 比银氧铯阴极高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% 。
如图4-3所示为光电倍增管原理示意图。
• 4.2.3 光电倍增管的结构 1. PMT的入射窗结构 2. 倍增极结构 1）倍增极材料
锑化铯（CsSb）具有很好的二次电子发射功能，可以在较低
电压下产生较高的发射系数，电压高于400V，δ值可高达10倍。
氧化的银镁合金也具有二次电子发射功能，它与锑化铯相比 二次电子发射能力稍差，可以工作在较强电流和较高温度 （150℃）。
铜-铍合金也具有二次电子发射功能，不过它的发射系数δ 比银镁合金低。
无论真空型还是充气型均属于 光电发射型器件，简称为光电管。
工作原理电路如图4-2所示，在 阴极和阳极之间加有一定的电压， 建立电场。
1、真空型光电管的工作原理 光透过真空光电管的入射到光电阴极面上，产生光电子发射， 在阴极和阳极之间的电场作用下，光电子作加速运动，被高电位
阳极收集，形成光电流，其大小取决于阴极灵敏度和辐射强度。
2、充气型光电管的工作原理 光生电子在电场的作用下运动途中与惰性气体原子碰撞而 电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集， 形成数倍于真空型光电管的光电流 。
• 4.2.2 光电倍增管的原理
光电倍增管（Photo-multiple tube简称为PMT）主要由光入 射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等组成。
• 4.1.2 光电阴极材料
1. 单碱与多碱锑化物光阴极
锑铯(Cs3Sb)光电阴极 是最常用的，量子效率很 高。长波限约为650nm，对 红外不灵敏。
锑铯阴极峰值量子效 率较高，常达20%~30%， 比银氧铯阴极高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% 。
如图4-3所示为光电倍增管原理示意图。
• 4.2.3 光电倍增管的结构 1. PMT的入射窗结构 2. 倍增极结构 1）倍增极材料
锑化铯（CsSb）具有很好的二次电子发射功能，可以在较低
电压下产生较高的发射系数，电压高于400V，δ值可高达10倍。
氧化的银镁合金也具有二次电子发射功能，它与锑化铯相比 二次电子发射能力稍差，可以工作在较强电流和较高温度 （150℃）。
铜-铍合金也具有二次电子发射功能，不过它的发射系数δ 比银镁合金低。
光电发射器件的原理和应用
光电发射器件的原理和应用1. 引言光电发射器件是一类能够将光能转换为电能的器件，在光通信、光电探测、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光电发射器件的原理和具体的应用。
2. 光电发射器件的原理光电发射器件主要基于光电效应原理工作。
光电效应是指当光照射到物质表面时，会使物质产生电子或电子空穴对的解离。
在光电发射器件中，通常采用半导体材料作为光电转换材料。
2.1 光电效应光电效应是由爱因斯坦提出的，他认为光是由光子组成的，而光子具有能量和动量。
当光子碰撞到物质表面时，如果其能量大于物质表面电子的结合能，光子就会将电子激发出来，产生电流。
这种现象就是光电效应。
光电发射器件利用这一原理将光能转换为电能。
2.2 光电发射器件的结构光电发射器件通常由光电转换材料、电极和其他必要的组件构成。
光电转换材料的选择主要考虑其能带结构和光学特性。
电极的设计和界面优化能够提高光电发射器件的效率和稳定性。
3. 光电发射器件的应用光电发射器件在各个领域都有着广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用。
3.1 光通信光通信是指利用光作为传输介质进行信息传输的技术。
光电发射器件扮演着重要的角色，将电信号转换为光信号并进行传输。
光电发射器件的性能直接影响到光通信系统的传输速率和传输距离。
3.2 光电探测光电探测应用广泛，包括红外线探测、紫外线探测、光谱分析等。
光电发射器件能够将光信号转换为电信号，提供给其他电路进行分析或处理。
3.3 太阳能电池太阳能电池利用光电效应将太阳光转换为电能。
其中的光电发射器件起到关键的作用，将光能转化为电能。
太阳能电池的应用范围广泛，包括太阳能发电、无线传感器等领域。
3.4 其他应用除了以上应用外，光电发射器件还广泛应用于光学传感、光学成像、激光器、光伏发电等领域。
4. 总结光电发射器件是一类能够将光能转换为电能的器件，主要基于光电效应原理工作。
它在光通信、光电探测、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
随着技术的不断进步，光电发射器件的性能将会继续提升，为各个领域的应用带来更多可能性。
光电式传感器 光电效应及常用的光电元件 光电发射效应及典型器件
因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的 辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。
3. 光电倍增管
光电倍增管外形
➢光电倍增管由光阴极、倍增极、阳极组成，其中倍增极通常为12-14级，多的可达 30级。倍增极能在电子轰击下发射出更多“次级电子”，可将阴极的光电流放大几万 至几百万倍，故其灵敏度要比普通光电管高得多。
3. 光电倍增管
光电倍增管工作原理图
当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场 进入倍增系统，并利用二次电子释放效应得到倍增放大，最后把放大后的电子用阳极 收集作为信号输出。
2. 光电管
光电管外形
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管 ➢光电倍增管（photomultiplier）建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论 基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极 高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件。
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
2. 光电管
➢ 光电管是（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。 ➢光电管分为真空光电管和充气光电管。 ➢光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心 放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向 阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。 ➢光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。
4.1.2 光电发射效应及典型器件
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管
光电倍增管外形
➢光电倍增管由光阴极、倍增极、阳极组成，其中倍增极通常为12-14级，多的可达 30级。倍增极能在电子轰击下发射出更多“次级电子”，可将阴极的光电流放大几万 至几百万倍，故其灵敏度要比普通光电管高得多。
3. 光电倍增管
光电倍增管工作原理图
当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场 进入倍增系统，并利用二次电子释放效应得到倍增放大，最后把放大后的电子用阳极 收集作为信号输出。
2. 光电管
光电管外形
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管 ➢光电倍增管（photomultiplier）建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论 基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极 高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件。
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
2. 光电管
➢ 光电管是（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。 ➢光电管分为真空光电管和充气光电管。 ➢光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心 放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向 阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。 ➢光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。
4.1.2 光电发射效应及典型器件
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
光电发射器件课件
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THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
阳极
通常采用导电材料，收集产生的 电子并传导至外部电路。
光电发射器件的材料
硅材料
最常见的光电发射器件材 料，具有优良的光电性能 和稳定性。
化合物半导体材料
如砷化镓、磷化铟等，具 有较高的光电转换效率和 较宽的响应光谱范围。
宽禁带半导体材料
如氮化镓、碳化硅等，具 有高击穿电场和高温稳定 性，适用于高功率和高频 率应用。
军事领域
光电发射器件在激光雷达 、导弹制导、夜视仪等领 域有广泛应用。
01
光电发射器件的结 构与特性
光电发射器件的结构光窗阴极通常采用金属材料，负责收集光 子并将其转换为电子。
透明材料，允许光线进入光敏层 。
光敏层
光电发射器件的核心部分，负责 吸收光子并产生电子-空穴对。
光电发射器件的基本结构
包括阴极、光窗、光敏层和阳极 等部分。
倍增
在光电发射器件中，由于碰撞电离等过程，光生载流子数量 不断增加，形成倍增效应。
光电流的产生与
光电流
在电极上收集到的光生载流子形成的光电流。
输出
通过电路将光电流输出，实现光电转换。
01
光电发射器件的制 备工艺
材料制备
材料选择
选择具有高光电转换效率的材料 ，如硅、锗、硫化铅等。
材料纯化
通过提纯技术将材料中的杂质和缺 陷降低到最低限度，以提高器件性 能。
光电发射器件的性 能测试与表征
光电转换效率的测试与表征
光电转换效率
描述光电发射器件将光能转换为电能的效率，通常以电流或电压输 出与输入光功率的比值表示。
复习总结
2013-10-24 13
2 .5设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为2KΩ，且已 知它在90~120lx范围内的γ=0.9。试求该光敏电阻在 110lx光照下的阻值？
解：
g =SgEγ
R =1/SgEγ
R /R0=(E0/E)γ
R =(E0/E)γ R0 =(100/110)0.9×2=1.84KΩ 2 .6已知某光敏电阻在500lx的光照下的阻值为550Ω，在 700lx的光照下的阻值为450Ω。试求该光敏电阻在550lx 和600lx光照下的阻值？
2013-10-24 9
1.17 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电导灵敏度有什 么特点？为什么要把光敏电阻的形状制造成蛇形？
q 在微弱辐射作用下，半导体的光电导 g hl 2 e, 可见此时半导体材料的光电导与入射辐射通量成线性关系。 光电导灵敏度为 dg q Sg d e , hcl2
Le, m V ( ) Le,
6
1.7 一束波长为0.5145μｍ输出功率为3W的氩离子激光束均 匀地投射到0.2cm2的白色屏幕上。问屏幕上的光照度为多 少？若屏幕的反射系数为0.8，其光出射度为多少？屏幕每 分钟接收多少个光子？
解：φe,λ =3mW，查表得V（0.5145um）=0.6082
hc 1239 (nm) 解题思路：L Eth Eth
Eth E A
N型半导体
Eth Eg EA
P型半导体
1.11 ΔEi=Eth=1.24/13=0.095ev
1.19 Eth=1239/680=1.82ev
1.20 Eg=1.239/λL=1.239/1.4=0.886ev
光生伏特效应属于内光电效应
q I (1 e d )Φe, h
2 .5设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为2KΩ，且已 知它在90~120lx范围内的γ=0.9。试求该光敏电阻在 110lx光照下的阻值？
解：
g =SgEγ
R =1/SgEγ
R /R0=(E0/E)γ
R =(E0/E)γ R0 =(100/110)0.9×2=1.84KΩ 2 .6已知某光敏电阻在500lx的光照下的阻值为550Ω，在 700lx的光照下的阻值为450Ω。试求该光敏电阻在550lx 和600lx光照下的阻值？
2013-10-24 9
1.17 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电导灵敏度有什 么特点？为什么要把光敏电阻的形状制造成蛇形？
q 在微弱辐射作用下，半导体的光电导 g hl 2 e, 可见此时半导体材料的光电导与入射辐射通量成线性关系。 光电导灵敏度为 dg q Sg d e , hcl2
Le, m V ( ) Le,
6
1.7 一束波长为0.5145μｍ输出功率为3W的氩离子激光束均 匀地投射到0.2cm2的白色屏幕上。问屏幕上的光照度为多 少？若屏幕的反射系数为0.8，其光出射度为多少？屏幕每 分钟接收多少个光子？
解：φe,λ =3mW，查表得V（0.5145um）=0.6082
hc 1239 (nm) 解题思路：L Eth Eth
Eth E A
N型半导体
Eth Eg EA
P型半导体
1.11 ΔEi=Eth=1.24/13=0.095ev
1.19 Eth=1239/680=1.82ev
1.20 Eg=1.239/λL=1.239/1.4=0.886ev
光生伏特效应属于内光电效应
q I (1 e d )Φe, h
光电器件基础第四章光电探测器件
光电器件基础第四章光电探测器件光电器件基础·第四章光电探测器件§4.1 光电探测的物理效应§4.2 光电探测⽅式§4.3 光电探测器的性能指标§4.4 光电导探测器件§4.5 光伏探测器件要探知⼀个客观事物的存在及其特性，⼀般是通过测量被探测者所引起的某种效应来完成的。
对于光辐射的探测也是如此。
例如动物的眼睛是通过光辐射对眼睛产⽣的⽣物视觉效应来得知光辐射的存在及其特性的；照相底⽚是通过光辐射对胶⽚的化学效应来记录光辐射的。
从这个意义上说，眼睛和胶⽚都可称为光探测器。
在光电⼦技术领域，光探测器有它的特有含义：凡是能把光辐射量转换成另⼀种便于测量的物理量的器件，都称为光探测器。
不过从近代测量技术看，电学量的测量不仅最⽅便，⽽且最精确，所以⼤多数光探测器都是把光辐射量转换成电学量来实施测量。
有时，即使直接转换量不是电学量（如温度、体积等），最终也往往转换成电学量的测量。
凡是把光辐射量转换为电学量（电流或电压）的光探测器，都称为光电探测器。
§4.1光电探测的物理效应光电探测器的物理效应通常分为两⼤类：光⼦效应和光热效应。
这⾥仅讨论光⼦效应。
光⼦效应是指单个光⼦对产⽣的光电⼦起直接作⽤的⼀类光电效应。
探测器吸收光⼦后，将导致原⼦或分⼦内部的电⼦状态发⽣改变，并且光⼦能量⼤⼩将直接影响电⼦状态改变的情况。
因为光⼦能量为h ν，所以光⼦效应对光波频率表现出选择性。
对于光⼦直接与电⼦相互作⽤的情况，其响应速度⼀般较快。
光⼦效应⼜分为外光电效应（即光电发射效应）和内光电效应，内光电效应⼜分为光电导效应和光伏效应。
当光照射物体时，光电⼦逸出体外的光电效应称为外光电效应；光照射物体时，光电⼦不逸出体外的光电效应称为内光电效应。
4.1.1 光电发射效应在光照射下，物体向表⾯的外空间发射电⼦（即光电⼦）的现象，称为光电发射效应，能产⽣光电发射效应的物体，称为光电发射体。
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第4章
光电发射器件
2018/8/4
1
第4章 光电发射器件 Photoemissive Device
光电发射器件是基于外光电效应的器件 真空光电器件
光电管 光电倍增管 像增强管
特点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小 缺点：结构复杂，工作电压高，体积大 应用:微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息捕捉等
Φv,λ d
mA/lm
即光电阴极输出电流Ik与可见光波长范围内入射辐射通 量φe之比。白光灵敏度
2018/8/4 6
2.量子效率
定义：在单色辐射作用于光电阴极时，光电阴极发射 单位时间发射出去的光电子数Ne,λ,与入射的光子数之比为光 电阴极的量子效率ηλ（或称量子产额）。
即
N e, λ N p, λ
2018/8/4 2
光电管
光电倍增管 像增强管
2018/8/4
3
具有外光电效应的材料 －－光电子发射体
光电子发射器中的光电子发射体 －－又称为光电阴极
光电阴极是完成光电转换的重要部件，其性能 好坏直接影响整个光电发射器件的性能！！！
பைடு நூலகம்
2018/8/4
4
4.1光电发射阴极
光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收 光子能量发射光电子的部件。常将半导体光电发射材料， 涂于玻壳内壁，构成光电发射阴极，而阳极是金属环或金 属网，在其对面。
式中Eφ是光阴极材料的功函数。该式说明了理想情况 下光阴极材料能否产生光电发射的条件实际上，光电子从 光阴极内部逸出表面经过三个过程： 1)光阴极内部电子吸收光子能量，被激发到真空能级以上 的高能量状态； 2) 这些高能量的光电子在向表面运动过程中，受到其它 电子碰撞，散射而失去一部分能量； 3)光电子到达表面时还要克服表面势垒才能最后逸出。
9
4. 暗电流
光电发射阴极中少数处于较高能级的电子
在室温下获得了热能产生热电子发射，形成暗
电流。光电发射阴极的暗电流与材料的光电发
射阈值有关。一般暗电流极低，其强度相当于
10-16~10-18Acm-2的电流密度。
2018/8/4
10
4.1.2 光电阴极材料
四类光电阴极：单碱与多碱锑化物光电阴极、银氧铯与铋 银氧铯光电阴极、紫外光电阴极、负电子亲和势光电阴极
2018/8/4 12
3、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极
银氧铯 (Ag-O-Cs) 阴极是最早使用的实用光阴极。它的 特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳壁 上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧化， 对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法而用 射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处理， 形成Ag-O-Cs薄膜。
IK µ A/W或A/W Φe,λ
即单色（单一波长）辐射时，光电阴极输出电流Ik与单色 辐射通量φe,λ之比。 Ik 2) 积分灵敏度：Se mA/W或A/W。 0 Φe,λ d 即光电阴极输出电流Ik与某波长范围内入射辐射通量φe 之比。 3) 色灵敏度： SV
Ik
780
380
10 η =1%
量子效率不高，两个峰值处 约0.5%～1%左右。银氧铯使用 温度可达100℃，但暗电流较大， 热电子发射密度在室温下超过 任何其它实用阴极，约为1011~10-14A/cm2。长期受光照后， 会产生严重的疲劳现象
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S( )(mA/W)
1
η =0.1%
0.2 0.4
0.8 1.0 1.2 (mm) 光谱响应曲线
4.1.1 光电发射阴极的主要参数
光电发射阴极的主要特性参数有： 1.灵敏度——输出电流对光照的敏感程度 2.量子效率——照射光子数与发射电子数关系 3.光谱响应——灵敏度等与入射辐射波长的关系 4.暗电流——光照时由热电子发射产生的电流
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1. 灵敏度
1) 光谱灵敏度： S e,
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因此，一个良好的光阴极应该满足三个条件：
1)光阴极表面对光辐射的反射小而吸收大；
2)光电子在向表面运动中受到的能量散射损耗小
3)光阴极表面势垒低，电子逸出概率大。
许多金属和半导体材料虽然都能产生光电效应， 但依据上述原则，金属和半导体材料相比光电发射 效率要低得多。
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1. 单碱锑化物光电阴极
单碱锑化物：金属锑（Sb）与碱金属锂（Li）、钠 （Na）、钾（K）、铷(Rb)、铯（Cs）中的一种化合， 能形成具有稳定光电发射的发射体。
100 SbKCs CsSb S ()( m A/ W) 10 NaKSbCs
最常用的是锑化铯(Cs3Sb) ，其阴 极灵敏度最高。长波限约为650nm，对 红外不灵敏，广泛用于紫外和可见光区 的光电探测器中。锑化铯阴极的峰值量 子效率较高，一般高达20%～30%，比 银氧铯光电阴极高30多倍。
量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。 它们之间的关系为
Se,λ hc 1240 Se,λ Ik / q λ Φe,λ / h q
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3. 光谱响应
光电发射阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的
关系曲线称为光谱响应。 1.24 C (μm) 光阴极光谱响应的截止波长： E (eV)
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1
0.3
0.5 0.7 (m m)
0.9
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2、多碱锑化物光电阴极
多碱锑化合：两种以上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%。暗电流低，光谱 响应范围宽。双碱阴极锑钾钠（Na2KSb），锑铯钾 （K2CsSb） ；三碱阴极锑钾钠铯（NaKSb Cs）
锑钾钠(NaKSb)阴极的光谱响应与锑铯阴极相近，光照灵敏度可达 50μA/lm。最大特点是耐高温，工作温度可达175℃，而一般含铯阴 极的工作温度不能超过60℃，因此可用于石油勘探等特殊场合。它 的热电子发射很小，室温下约10-17～10-18A/cm2，光电疲劳效应也小， 因此也常用于光子计数技术中。 锑钾钠铯(NaKSbCs)阴极是三碱阴极中最有实用价值的一种，光照 灵敏度为150μA/lm。它从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量 子效率。热电子发射约10-14～10-16A/cm2，而且工作稳定性好，疲 劳效应很微小。
光电发射器件
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第4章 光电发射器件 Photoemissive Device
光电发射器件是基于外光电效应的器件 真空光电器件
光电管 光电倍增管 像增强管
特点：灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪声小 缺点：结构复杂，工作电压高，体积大 应用:微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息捕捉等
Φv,λ d
mA/lm
即光电阴极输出电流Ik与可见光波长范围内入射辐射通 量φe之比。白光灵敏度
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2.量子效率
定义：在单色辐射作用于光电阴极时，光电阴极发射 单位时间发射出去的光电子数Ne,λ,与入射的光子数之比为光 电阴极的量子效率ηλ（或称量子产额）。
即
N e, λ N p, λ
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光电管
光电倍增管 像增强管
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具有外光电效应的材料 －－光电子发射体
光电子发射器中的光电子发射体 －－又称为光电阴极
光电阴极是完成光电转换的重要部件，其性能 好坏直接影响整个光电发射器件的性能！！！
பைடு நூலகம்
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4.1光电发射阴极
光电发射阴极是光电发射器件的重要部件，它是吸收 光子能量发射光电子的部件。常将半导体光电发射材料， 涂于玻壳内壁，构成光电发射阴极，而阳极是金属环或金 属网，在其对面。
式中Eφ是光阴极材料的功函数。该式说明了理想情况 下光阴极材料能否产生光电发射的条件实际上，光电子从 光阴极内部逸出表面经过三个过程： 1)光阴极内部电子吸收光子能量，被激发到真空能级以上 的高能量状态； 2) 这些高能量的光电子在向表面运动过程中，受到其它 电子碰撞，散射而失去一部分能量； 3)光电子到达表面时还要克服表面势垒才能最后逸出。
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4. 暗电流
光电发射阴极中少数处于较高能级的电子
在室温下获得了热能产生热电子发射，形成暗
电流。光电发射阴极的暗电流与材料的光电发
射阈值有关。一般暗电流极低，其强度相当于
10-16~10-18Acm-2的电流密度。
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4.1.2 光电阴极材料
四类光电阴极：单碱与多碱锑化物光电阴极、银氧铯与铋 银氧铯光电阴极、紫外光电阴极、负电子亲和势光电阴极
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3、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极
银氧铯 (Ag-O-Cs) 阴极是最早使用的实用光阴极。它的 特点是对近红外辐射灵敏。制作过程是先在真空玻璃壳壁 上涂上一层银膜再通入氧气，通过辉光放电使银表面氧化， 对于半透明银膜由于基层电阻太高，不能用放电方法而用 射频加热法形成氧化银膜，再引入铯蒸汽进行敏化处理， 形成Ag-O-Cs薄膜。
IK µ A/W或A/W Φe,λ
即单色（单一波长）辐射时，光电阴极输出电流Ik与单色 辐射通量φe,λ之比。 Ik 2) 积分灵敏度：Se mA/W或A/W。 0 Φe,λ d 即光电阴极输出电流Ik与某波长范围内入射辐射通量φe 之比。 3) 色灵敏度： SV
Ik
780
380
10 η =1%
量子效率不高，两个峰值处 约0.5%～1%左右。银氧铯使用 温度可达100℃，但暗电流较大， 热电子发射密度在室温下超过 任何其它实用阴极，约为1011~10-14A/cm2。长期受光照后， 会产生严重的疲劳现象
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S( )(mA/W)
1
η =0.1%
0.2 0.4
0.8 1.0 1.2 (mm) 光谱响应曲线
4.1.1 光电发射阴极的主要参数
光电发射阴极的主要特性参数有： 1.灵敏度——输出电流对光照的敏感程度 2.量子效率——照射光子数与发射电子数关系 3.光谱响应——灵敏度等与入射辐射波长的关系 4.暗电流——光照时由热电子发射产生的电流
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1. 灵敏度
1) 光谱灵敏度： S e,
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因此，一个良好的光阴极应该满足三个条件：
1)光阴极表面对光辐射的反射小而吸收大；
2)光电子在向表面运动中受到的能量散射损耗小
3)光阴极表面势垒低，电子逸出概率大。
许多金属和半导体材料虽然都能产生光电效应， 但依据上述原则，金属和半导体材料相比光电发射 效率要低得多。
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1. 单碱锑化物光电阴极
单碱锑化物：金属锑（Sb）与碱金属锂（Li）、钠 （Na）、钾（K）、铷(Rb)、铯（Cs）中的一种化合， 能形成具有稳定光电发射的发射体。
100 SbKCs CsSb S ()( m A/ W) 10 NaKSbCs
最常用的是锑化铯(Cs3Sb) ，其阴 极灵敏度最高。长波限约为650nm，对 红外不灵敏，广泛用于紫外和可见光区 的光电探测器中。锑化铯阴极的峰值量 子效率较高，一般高达20%～30%，比 银氧铯光电阴极高30多倍。
量子效率和光谱灵敏度是一个物理量的两种表示方法。 它们之间的关系为
Se,λ hc 1240 Se,λ Ik / q λ Φe,λ / h q
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3. 光谱响应
光电发射阴极的光谱灵敏度或量子效率与入射辐射波长的
关系曲线称为光谱响应。 1.24 C (μm) 光阴极光谱响应的截止波长： E (eV)
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0.5 0.7 (m m)
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2、多碱锑化物光电阴极
多碱锑化合：两种以上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%。暗电流低，光谱 响应范围宽。双碱阴极锑钾钠（Na2KSb），锑铯钾 （K2CsSb） ；三碱阴极锑钾钠铯（NaKSb Cs）
锑钾钠(NaKSb)阴极的光谱响应与锑铯阴极相近，光照灵敏度可达 50μA/lm。最大特点是耐高温，工作温度可达175℃，而一般含铯阴 极的工作温度不能超过60℃，因此可用于石油勘探等特殊场合。它 的热电子发射很小，室温下约10-17～10-18A/cm2，光电疲劳效应也小， 因此也常用于光子计数技术中。 锑钾钠铯(NaKSbCs)阴极是三碱阴极中最有实用价值的一种，光照 灵敏度为150μA/lm。它从紫外到近红外的光谱区都具有较高的量 子效率。热电子发射约10-14～10-16A/cm2，而且工作稳定性好，疲 劳效应很微小。