第5章 光电发射器件1
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第5章_光电成象器件
，它可以使不可见光图象或 亮度很低的光学图象，变成光电子发射图象。
常用的光电阴极有：对红外光敏感的银氧铯光电阴极；对 可见光敏感的单碱或多碱光电阴极；对紫外光敏感的各种紫外 光电阴极；以及灵敏度特别高，波长响应范围较宽的负电子亲 和势光电阴极。
2、电子光学部分，
2．分辨率
摄象管的分辨率是指摄象管对于光学图象明暗细节的鉴别 能力。一般有两种表示法：
1）极限分辨率
最佳照度下，使高对比度的 黑白相间条形图案投射到摄象管 的光敏面上，然后在监视器上去 观察可分辨的最高空间频率数。 在电视中，通常是指在光栅高度 范围内可分辨的最多电视行数 （TVL/H）。有时也采用“线对/mm”的单位，它等于可分辨的电 视行数一半除以靶的有效高度（mm）。例如25mm的视象管，靶 面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电现行数为400时，相 当于20线对/mm。按这种方法表示的分辨率称为极限分辨率。
图象增强管是指能够把 亮度很低的光学图象变为有 足够亮度图象的真空光电管。
由于象管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的 使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它 来直接面对着景物。
一、象管的结构和工作原理
如图，象管有三个基本部分：光电阴极使不可见或亮度很低 的辐射像转换成光电子图像，经电子透镜加速后，电子获得更 高的能量，轰击荧光屏从而获得高亮度的光学图像
装有光电导靶的反射式变象管
红外变象管多应用于军事、公安等方面，供夜间侦察用。 在民用方面，可用于暗室管理、物理实验、激光器校淮和夜间 观察生物活动等。另外，温度高于400℃的物体都会发出大量 的红外线，可通过红外变象管观察到它的象。如果与标准光源 的亮度比较，即可求出它的强度。这就是夜视温度计的原理。
常用的光电阴极有：对红外光敏感的银氧铯光电阴极；对 可见光敏感的单碱或多碱光电阴极；对紫外光敏感的各种紫外 光电阴极；以及灵敏度特别高，波长响应范围较宽的负电子亲 和势光电阴极。
2、电子光学部分，
2．分辨率
摄象管的分辨率是指摄象管对于光学图象明暗细节的鉴别 能力。一般有两种表示法：
1）极限分辨率
最佳照度下，使高对比度的 黑白相间条形图案投射到摄象管 的光敏面上，然后在监视器上去 观察可分辨的最高空间频率数。 在电视中，通常是指在光栅高度 范围内可分辨的最多电视行数 （TVL/H）。有时也采用“线对/mm”的单位，它等于可分辨的电 视行数一半除以靶的有效高度（mm）。例如25mm的视象管，靶 面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电现行数为400时，相 当于20线对/mm。按这种方法表示的分辨率称为极限分辨率。
图象增强管是指能够把 亮度很低的光学图象变为有 足够亮度图象的真空光电管。
由于象管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的 使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它 来直接面对着景物。
一、象管的结构和工作原理
如图，象管有三个基本部分：光电阴极使不可见或亮度很低 的辐射像转换成光电子图像，经电子透镜加速后，电子获得更 高的能量，轰击荧光屏从而获得高亮度的光学图像
装有光电导靶的反射式变象管
红外变象管多应用于军事、公安等方面，供夜间侦察用。 在民用方面，可用于暗室管理、物理实验、激光器校淮和夜间 观察生物活动等。另外，温度高于400℃的物体都会发出大量 的红外线，可通过红外变象管观察到它的象。如果与标准光源 的亮度比较，即可求出它的强度。这就是夜视温度计的原理。
第五章 发光器件与光控器件
这时，电子要从N区向P区注入，空穴要从P区向N区注入。在 结区，导带中电子的数目将超过价带中电子的数目，从而即实现 了导带对于价带的粒子数反转。
另外，作为激光器还要有谐振腔，它是利用半导体晶体的 自然解理面来充当的。例如，砷化镓晶体是立方形的，有三组 彼此垂直的晶面，每组晶面严格的彼此平行，而且极光滑，经 过适当加工即可成为谐振腔。
发光二极管按发光波长来 分，有红外发光二极管和可见 光发光二极管（LCD）两种。 它们的结构原理都是类似的， 下面着重以红外发光二极管为 例作一介绍
1)发光二极管的发光原理
发光二极管的发光原理同样可以用前图PN结的能带结构来 解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态 下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的 空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然 复合。而当给PN结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃 过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边 的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。 这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于 材料的禁带宽度 E g ，即
第五章 发光器件与光控器件
一、发光器件
光的发生一般有两种方式，即温度辐射与发光，温度辐射 就是指物体在高温加热时的辐射，例如电灯变亮就是钨丝加热 的结果。 在温度引起的辐射之外的物体固有的有选择性的辐射现象 统称为发光。发光又因激发方式和物质而有所不同，因此又分 为光致发光，阴极射线发光，放射线发光，电致发光，注入式 电发光等。 一切由辐射体的分子和原子的热运动（振动或转动）而产 生的全部辐射叫热辐射，辐射体的温度上升时，其带电粒子的 动能增加。 因而其发射的辐通量也增加。同时， 物体的温度 增高时，不但它的辐射量也增大，而且它的光谱组成也有变化。 当运动的粒子具有很大动能（即辐射体的温度很高）时，就能 产生可见的辐射。
第05章-光电子发射探测器B-2014
极面上时，光电子从阴极发射出去，
在阴极和阳极之间的电场作用下作加
或充 气
速运动，被高电位的阳极收集，其光
电流的大小主要由阴极灵敏度和入射
辐射的强度决定。
充气型光电管
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 。
金属逸出功大多为大于3eV，对能量小于3eV
（λ>410nm）的可见光来说，很难产生光电发射， 只有铯（2eV逸出功）对可见光最灵敏，故可用于 光阴极。但纯金属铯量子效率很低，小于0.1%，在 光电发射前两个阶段能量损耗太大。
半导体的光电子发射过程：
1)吸收光电子。当吸收的光子能量大于EA时激发的电子
第05章 光电子发射探测器
5.1 光电阴极 5.2 光电管和光电倍增管结构原理 5.3 光电倍增管的主要特性参数 5.4 光电倍增管的工作电路
• 光电子发射体又称为光电阴极，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。表征光电阴极的主要 参数有灵敏度、量子效率、光谱响应曲线、 暗电流等，它们在很大程度上决定于所选择 的材料
出深度可达1000纳米。因为体内冷电子能量仍高于真空
能级，所以它们运动到真空界面时，可以很容易地逸出。 因此NEA量子效率比常规发射体高得多。
第05章 光电子发射探测器
5.1 光电阴极 5.2 光电管和光电倍增管的结构原理 5.3 光电倍增管的主要特性参数 5.4 光电倍增管的工作电路
5.2 光电管和光电倍增管的结构原理
铋银氧铯光电阴极量子效率可达10％，约为 Cs3Sb光电阴极的一半，其优点是光谱响应与人眼相 匹配。
光电子器件第五章超辐射发光二极管（SLD）
第五章: 超辐射发光管Superluminescent diode （SLD ）5.1 超辐射发光管的工作原理5.2 超辐射发光管的结构设计及特性E 21.LED －自发辐射5.1超辐射发光管的原理2E 1自发辐射：不受外界因素作用不受外界因素作用，，处于高能态的电子自发地处于高能态的电子自发地、、随机地跃迁到低能态机地跃迁到低能态，，与空穴复合而发射光子与空穴复合而发射光子，，特点为发射光子的能量的能量、、方向方向、、位相位相、、偏振等均不相同偏振等均不相同，，是一种非相干光是一种非相干光。
5.2 超辐射发光管的结构设计及特性5通常的超辐射发光二极管结构（a ）抗反射膜解理腔面SLD ，（b ）带吸收区SLD（a ）（b ）SLD 特性6带弯曲波导吸收区SLD 及其特性7倾斜型SLD与SOA集成器件及其特性8其他SLD器件结构9为谱线线宽，它越宽，相应的相干时间和相干长度就越短，萨格耐克(SagnacSagnac))效应在图中，设直径为D的单匝光纤线圈绕垂直于自身的轴以角速度Ω顺时针方向旋转时，从环形光路的P点分别沿顺时针（CW）、逆时针（CCW）发射两路光波。
当Ω=0时，P'点和P点重合，两束光绕环形光路一周的穿越时间相同；当Ω≠0时，入射点P'和P在空间的位置将不再重合，顺时针光束绕环形光路的穿越时间TCW 为：萨格耐克(SagnacSagnac))效应实验图顺时针光束绕环形光路的穿越时间T CW 为：22D n c D D V D V D T f CWCW Ω−=Ω−==πππ其中是顺时针光束的速度，V f 为光在光纤)2/(D V V f CW ⋅Ω−=线圈中的传播速度，c 为真空中的光速，n 为光纤材料的折射率。
同样逆时针光束绕环形光路的穿越时间T CCW 为:2D n c D2D V D V D T f CCWCCW ΩπΩππ+=+==两反向旋转的光束绕光纤线圈一周的穿越时间差ΔT 为：42222D n c D T T T CCW CW Ω−⎟⎠⎞⎜⎝⎛Ω=−=Δπ222⎟⎠⎞⎜⎛<<Ωn c D 4⎝Ω=Δ222C D n T π假设一个光纤陀螺具有N 匝光纤线圈，光学路径长度为：DN L π=与穿越时间差对应的两光束相移为：s ϕΩΩλπΩπλπΔπΔπΔωϕs 2222s K C LDn 2C D n C N2T Nv 2T T2NT N ======（4.21）其中，φS 称为Sagnac 相移，ω、v 分别为光波的角频率和频率，λ为光波在真空中的波长，K S 为光纤陀螺的Sagnac 刻度系数。
第五章光电子器件物理基础
（波耳兹曼统计分布）
第五章光电子器件物理基础
A、B、C三个系数的关系
在光和原子相互作用达到热平衡的绝对黑体空腔内的原子 系统中，如果单色辐射能量密度为 ，则有如下关系
自发辐射光子数 受激辐射光子数
受激吸收光子数
➢ 式子的左边是与高能级上粒子数有关的辐射光子数，而右 边是与低能级上粒子数有关的吸收光子数，即发射与吸收 光子数相等
第五章光电子器件物理基础
5.3 半导体物理基础
5.3.1 作用 光源作用：
电流形式电能→光能→注入光纤进行传输。
光纤通信用光源：发光二极管、激光器
发光二极管：自发辐射发光，功率小且谱线宽的非
相干光，直接带隙的半导体材料。
激光器：受激辐射发光，功率大、光谱性能好、光
电转换效率高。
利用半导体晶体有源区产生实现粒子数反转形成光
第五章光电子器件物理基础
p-n结并非是把两种导电类型不同的半导体 材料简单地连接起来形成的，而是在一块n 型(或p型)半导体衬底上用适当的工艺方法 (如合金法、扩散法、离子注入法)掺入p型 (或n型)杂质，或者是在n型(或p型)材料上通
过外延工艺生长p型(或n型)材料形成一定
的杂质分布而构成的。
第五章光电子器件物理基础
与空穴相遇时，自由电子就可能回到价键的空位上来，而同
时消失了一对电子和空穴，这就是“复合”。在一定温度下，
又没有光照射等外界影响时，产生和复合的载流子数相等，
半导体中将在产生和复合的基础上形成热平衡。此时，电子
和空穴的浓度保持稳定不变，但是产生和复合仍在持续的发
生。
第五章光电子器件物理基础
受激辐射
Ec E9
Ev 绝缘体
导 带
禁 带
第五章光电子器件物理基础
A、B、C三个系数的关系
在光和原子相互作用达到热平衡的绝对黑体空腔内的原子 系统中，如果单色辐射能量密度为 ，则有如下关系
自发辐射光子数 受激辐射光子数
受激吸收光子数
➢ 式子的左边是与高能级上粒子数有关的辐射光子数，而右 边是与低能级上粒子数有关的吸收光子数，即发射与吸收 光子数相等
第五章光电子器件物理基础
5.3 半导体物理基础
5.3.1 作用 光源作用：
电流形式电能→光能→注入光纤进行传输。
光纤通信用光源：发光二极管、激光器
发光二极管：自发辐射发光，功率小且谱线宽的非
相干光，直接带隙的半导体材料。
激光器：受激辐射发光，功率大、光谱性能好、光
电转换效率高。
利用半导体晶体有源区产生实现粒子数反转形成光
第五章光电子器件物理基础
p-n结并非是把两种导电类型不同的半导体 材料简单地连接起来形成的，而是在一块n 型(或p型)半导体衬底上用适当的工艺方法 (如合金法、扩散法、离子注入法)掺入p型 (或n型)杂质，或者是在n型(或p型)材料上通
过外延工艺生长p型(或n型)材料形成一定
的杂质分布而构成的。
第五章光电子器件物理基础
与空穴相遇时，自由电子就可能回到价键的空位上来，而同
时消失了一对电子和空穴，这就是“复合”。在一定温度下，
又没有光照射等外界影响时，产生和复合的载流子数相等，
半导体中将在产生和复合的基础上形成热平衡。此时，电子
和空穴的浓度保持稳定不变，但是产生和复合仍在持续的发
生。
第五章光电子器件物理基础
受激辐射
Ec E9
Ev 绝缘体
导 带
禁 带
第5章真空光电器件
它表示在某些特定的波长区域，阴极光电流与入射光的 光通量之比。
的透射一比般不用同不，同它的实的又滤际积分光上分别片是灵称来局敏为获部度蓝得波光不长灵同范敏的围度光、谱红范光围灵，敏滤度光及片红 外灵敏。
(3) 光谱灵敏度
波长一定的单色光照射时，光电阴极发出的光电流
与入射的单色光通量之比。
2.量子效率
● 光谱响应率均匀,且光谱响应延伸到红外；
● 热电子长发波射限小为，表面附近无长自波由限电为子，P-Si禁带宽度大，
热激发很0.小32；µm
0.2µm
● 光电子的能量集中。
二 光电管与光电倍增管 (一). 光电管(PT)
光电管主要由玻壳 （光窗）、光电阴极 和阳极三部分组成
PT内可以抽成真空也可 以充入低压惰性气体，有真 空型和充气型两种。
什么是一次
和二次电子？
子数N极 从把l的表倍当二比面增具次值将极有发定发表足射义射面够的为新发动电该的射能子材电的的数料子电电N的2。子子与二称为轰入次入二击射发射次倍的射的电增一系电子极次数子材电为料一时次，电倍子增，
二次电子发射过程三个阶段
312)) 内到材二达料次界吸电面收子的一中内次初二电速次子指电的向子能表中量面能，的量激那大发一于体部表内分面电向势子表垒到面的高运电能动子，发 射态到，在真这运空些动中受中，激因成电散为子射二称而次为损电内失子二部。次分电能子量；；
简述真空型和充气型两 种光电管的工作原理?
t
工作原理
(二). 光电倍增管(PMT)
GDB-223 1．光光电电倍倍增增管管的是结在构光电管的基础上研制出来的一种真空光 电器件光，电在倍结增构管上主增要加由了入电射子窗光口学、系光统电和阴电极子、倍电增子极光，学因系此统、 极电大子的倍提增高系了统检和测阳灵极敏五度个。主要部分组成。
第5章 光电材料
积分灵敏度S定义为最大光电流IΦ（μA）与入射 光通量Φ（lm）的比值，即
S=IΦ/Φ 一般S=10~20%，其中80~90%损失掉。
图5.2 S与λ关系图
3、光谱灵敏度 积分灵敏度S与波长有关。S与λ关系如图5-2所示。
4、灵敏阈 接受光辐射的装置能够发现的最小辐射量称为 该装置的灵敏阈。
内容
❖序言 ❖太阳能电池简介 ❖太阳能电池工作原理 ❖太阳能电池分类 ❖太阳能电池对材料的要求 ❖各类太阳能电池的制造方法及研究状况 ❖利用太阳能电池发电的优缺点 ❖太阳能电池的展望
一、序言
1、地球每天接收的太阳能，相当于整个世界 一年所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发 出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完 全燃烧时所释放出的全部热量。
5.1.2 光电导材料
一、光电导原理
受光辐射电导急剧上升的现象称为光电导现象。 具有此现象的材料叫光电导材料，又称作内光电 效应材料或光敏材料。
光照到半导体（或绝缘体）上，价带的电子接受 能量，使电子脱离共价键。当光的能量达到禁带 宽度的能量值时，价带的电子跃迁到导带，因而 在晶体中产生一个自由电子和一个空穴，这两种 载流子都参与导电。由于光的作用产生的附加电 导称之为光电导。
于是在p侧多数载流子为空穴，在n侧则相反，多 数载流子为电子，这种情况如图5－4所示。
由图5－4可见，在无外加电场时，结区的空穴浓 度和电子浓度的变化。载流子与受主和施主杂质 原子处于热平衡，因此，在晶体中各处空穴浓度 与电子浓度之和为常值，符合质量作用规律。
图5－5 p－n结区的内建电场图
我国已决定发展核电，在未来十几年内将兴建约40个百万 千瓦级核电组，如果2020年我国电力装机总量达到9亿千 瓦，则核电只占总装机容量的几个百分点，但是预计我国 在按照目前的耗能情况比例上升，到2020年全国消耗常规 能源为60亿吨，所排放的CO2将高达200亿吨以上，对人类 的生存环境将造成严重的影响。我国天然铀资源短缺，大 力进口天然铀，将会遇到更为严重的困难，人们还寄托希 望于钍，如果钍能发电，那将提供我国上千年的能源需求， 但是钍能否实现象铀一样的发电，目前尚无结论。我国东 海、南海的能源开发有待积极进行国际协作开发，其储量 尚未可知。常规能源的消耗量不可逆转的，也是有尽时的。
S=IΦ/Φ 一般S=10~20%，其中80~90%损失掉。
图5.2 S与λ关系图
3、光谱灵敏度 积分灵敏度S与波长有关。S与λ关系如图5-2所示。
4、灵敏阈 接受光辐射的装置能够发现的最小辐射量称为 该装置的灵敏阈。
内容
❖序言 ❖太阳能电池简介 ❖太阳能电池工作原理 ❖太阳能电池分类 ❖太阳能电池对材料的要求 ❖各类太阳能电池的制造方法及研究状况 ❖利用太阳能电池发电的优缺点 ❖太阳能电池的展望
一、序言
1、地球每天接收的太阳能，相当于整个世界 一年所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发 出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完 全燃烧时所释放出的全部热量。
5.1.2 光电导材料
一、光电导原理
受光辐射电导急剧上升的现象称为光电导现象。 具有此现象的材料叫光电导材料，又称作内光电 效应材料或光敏材料。
光照到半导体（或绝缘体）上，价带的电子接受 能量，使电子脱离共价键。当光的能量达到禁带 宽度的能量值时，价带的电子跃迁到导带，因而 在晶体中产生一个自由电子和一个空穴，这两种 载流子都参与导电。由于光的作用产生的附加电 导称之为光电导。
于是在p侧多数载流子为空穴，在n侧则相反，多 数载流子为电子，这种情况如图5－4所示。
由图5－4可见，在无外加电场时，结区的空穴浓 度和电子浓度的变化。载流子与受主和施主杂质 原子处于热平衡，因此，在晶体中各处空穴浓度 与电子浓度之和为常值，符合质量作用规律。
图5－5 p－n结区的内建电场图
我国已决定发展核电，在未来十几年内将兴建约40个百万 千瓦级核电组，如果2020年我国电力装机总量达到9亿千 瓦，则核电只占总装机容量的几个百分点，但是预计我国 在按照目前的耗能情况比例上升，到2020年全国消耗常规 能源为60亿吨，所排放的CO2将高达200亿吨以上，对人类 的生存环境将造成严重的影响。我国天然铀资源短缺，大 力进口天然铀，将会遇到更为严重的困难，人们还寄托希 望于钍，如果钍能发电，那将提供我国上千年的能源需求， 但是钍能否实现象铀一样的发电，目前尚无结论。我国东 海、南海的能源开发有待积极进行国际协作开发，其储量 尚未可知。常规能源的消耗量不可逆转的，也是有尽时的。
第05章光电子发射探测器
光电倍增管的主要特性参数
三者分别对信号的响应产生什么影响？
6．时间特性
5.3 光电倍增管的主要特性参数
器件时间特性 (单位：ns)
结构
上升时间 渡越时间 渡越时间散差
直线聚焦型
0.7～3
环形聚焦型
3.4
盒栅型
～7
百叶窗型
～7
外电路时间特性 (单位：ns)
1.3～5
31 57～70
电子亲和势EA
真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势
E0
负电子亲和势
Ec
EA 真空能级低于
导带底能级
发射光电子的能力
Ev
更强
2. 负电子亲和势阴极
5.1 光电阴极
Negative Electron Affinity ，简称NEA
1963年 Simon提出了负电子亲和势（NEA）理论
1965年J.J.sheer和ar 用铯激活砷化镓得到零电子亲和势光电阴极； 研制出GaAs-Cs负电子亲和势光电阴极
EAe=E0-EC1<0
2. 负电子亲和势阴极
NEA的最大优点：
－－量子效率比常规发射体高得多
热电子
－－受激电子能量 超过导带底的电子
冷电子
－－能量恰好等于 导带底的电子
光电发射过程分析：
价带上电子吸 收光子热电子（导带底以上 ）能量损失 冷电子能量高于E0 容易逸出 （寿命1014～1012 s） （109～108 s）
入射光子
体内电子，能级Ec1
表面电子，能级Ec1
表面逸出电子 E0-Ec1< 0
体内有效电子亲和势:
EAe=E0-EC1<0
体内：P型
表面：N型
三者分别对信号的响应产生什么影响？
6．时间特性
5.3 光电倍增管的主要特性参数
器件时间特性 (单位：ns)
结构
上升时间 渡越时间 渡越时间散差
直线聚焦型
0.7～3
环形聚焦型
3.4
盒栅型
～7
百叶窗型
～7
外电路时间特性 (单位：ns)
1.3～5
31 57～70
电子亲和势EA
真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势
E0
负电子亲和势
Ec
EA 真空能级低于
导带底能级
发射光电子的能力
Ev
更强
2. 负电子亲和势阴极
5.1 光电阴极
Negative Electron Affinity ，简称NEA
1963年 Simon提出了负电子亲和势（NEA）理论
1965年J.J.sheer和ar 用铯激活砷化镓得到零电子亲和势光电阴极； 研制出GaAs-Cs负电子亲和势光电阴极
EAe=E0-EC1<0
2. 负电子亲和势阴极
NEA的最大优点：
－－量子效率比常规发射体高得多
热电子
－－受激电子能量 超过导带底的电子
冷电子
－－能量恰好等于 导带底的电子
光电发射过程分析：
价带上电子吸 收光子热电子（导带底以上 ）能量损失 冷电子能量高于E0 容易逸出 （寿命1014～1012 s） （109～108 s）
入射光子
体内电子，能级Ec1
表面电子，能级Ec1
表面逸出电子 E0-Ec1< 0
体内有效电子亲和势:
EAe=E0-EC1<0
体内：P型
表面：N型
第5章 真空光电器件
结构：均包括光电阴极、阳极、真空玻璃壳
真空光电器件的分类
光电管
真空型 充气型 非成像器件 成像器件
光电倍增管
5.1 光电阴极
在光电管、光电倍增管、变像管、像增强器和一些摄像管等光电 器件中，使用不同波长的辐射信号转换为电信号，均依靠光电阴
极，因此光电阴极关系到光电器件的光电器件的各项光电性能，
是一个相当重要的光电器件
第5章 真空光电器件
§5.1 光电阴极 §5.2 光电管与光电倍增管 §5.3 光电倍增管的主要特性参数 §5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路 §5.5 微通道板光电倍增管
§5.6 光电倍增管的应用 Nhomakorabea—见P18
真空光电器件工作原理
真空光电探测器是基于外光电效应的探测器，也称光电 子发射探测器。在光辐射照射下，探测器内的光敏材料 的电子得到足够的能量后，就会逸出光敏材料表面而进 入外界空间，在空间电场的作用下便形成光电流。
N
kN
AUkN
A / N 1
N
kN
从上式可知，光电倍增管的放大倍数和阳极输出电流 随所加电压的 kN 次方指数变化
3、暗电流
光电倍增管的暗电流是指在施加规定的电压后，在无光照情况下测定的阳 极电流。暗电流决定了光电倍增管的极限灵敏度。
暗电流来源可归纳为三类： 阴极或其他零件的热发射、极间欧姆漏电、残余气体以及场致发射等的再生效应。 (1)热电子发射是光电倍增管暗电流的主要部分。
5.1.3 常用光电阴极材料(正电子亲和势(PEA)类型材料) (1)Ag-O-Cs材料
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，也是红外波段唯一可用的经典光 电发射材料。但量子效率极低，暗电流大。
5第五章光电子器件物理基础pgl
3
5.1.3 非半导体材料
LiNbO3、LiTaO3具有优异的电光、声光、磁光、 热光等性能（光开关、调制器）。 电光效应:外加电场引起介质的光学，如折射率性能 的变化。
4
5.1.4 其它材料 光波导材料：玻璃材料和聚合物材料。
5
5.2 材料特性
5.2.1 折射率
材料的折射率n是决定光学传播规律的基本参 数。
cv
(2mr )3/2
2 2 3
Hale Waihona Puke (Eg )1/2单位能量范围内的单位体积 的 状态数
R受激（）
Ec B(E1 ,E2 ) fc (E2 )[1 fv(E1)]cv emdE2
受激辐射速率
R吸收（）
Ec B(E1 ,E2 ) fv (E2 )[1 fc(E1)]cv emdE2
吸收辐射速率
26
36
p-n结两侧附近没有相应的导带电子和价
带空穴与之中和，我们把它们称为空间电 荷。于是在p-n结两侧形成了空间电荷区， 如图所示。n区一侧带正电，p区一侧带负 电，正负电荷之间产生一个内建电场ε，其 方向由正电荷指向负电荷，即从n区指向p 区。
p-n结两侧空间电荷区的形成
37
内建电场使导带电子和价带空穴作漂 移运动，很明显漂移运动的方向与扩 散运动的方向相反。当两块典型半导 体刚接触时，扩散运动占优势，空间 电荷区逐渐扩展，内建电场也随之增 强，于是漂移运动不断加强，最后达 到平衡。这时扩散作用与漂移作用相 抵消，空间电荷区不再扩展，保持一 定的宽度，相应存在一定的内建电场。
34
p-n结的形成
p型和n型半导体并不能直接用来制造半 导体器件。通常是在n型(或p型)半导体 的局部再掺入浓度较大的三价(或五价) 杂质，使其变为p型(或n型)半导体，在p 型和n型半导体的交界面就会形成p-n结 ，而p-n结是构成各种半导体微电子和光 电子器件的基础。
5.1.3 非半导体材料
LiNbO3、LiTaO3具有优异的电光、声光、磁光、 热光等性能（光开关、调制器）。 电光效应:外加电场引起介质的光学，如折射率性能 的变化。
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5.1.4 其它材料 光波导材料：玻璃材料和聚合物材料。
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5.2 材料特性
5.2.1 折射率
材料的折射率n是决定光学传播规律的基本参 数。
cv
(2mr )3/2
2 2 3
Hale Waihona Puke (Eg )1/2单位能量范围内的单位体积 的 状态数
R受激（）
Ec B(E1 ,E2 ) fc (E2 )[1 fv(E1)]cv emdE2
受激辐射速率
R吸收（）
Ec B(E1 ,E2 ) fv (E2 )[1 fc(E1)]cv emdE2
吸收辐射速率
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p-n结两侧附近没有相应的导带电子和价
带空穴与之中和，我们把它们称为空间电 荷。于是在p-n结两侧形成了空间电荷区， 如图所示。n区一侧带正电，p区一侧带负 电，正负电荷之间产生一个内建电场ε，其 方向由正电荷指向负电荷，即从n区指向p 区。
p-n结两侧空间电荷区的形成
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内建电场使导带电子和价带空穴作漂 移运动，很明显漂移运动的方向与扩 散运动的方向相反。当两块典型半导 体刚接触时，扩散运动占优势，空间 电荷区逐渐扩展，内建电场也随之增 强，于是漂移运动不断加强，最后达 到平衡。这时扩散作用与漂移作用相 抵消，空间电荷区不再扩展，保持一 定的宽度，相应存在一定的内建电场。
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p-n结的形成
p型和n型半导体并不能直接用来制造半 导体器件。通常是在n型(或p型)半导体 的局部再掺入浓度较大的三价(或五价) 杂质，使其变为p型(或n型)半导体，在p 型和n型半导体的交界面就会形成p-n结 ，而p-n结是构成各种半导体微电子和光 电子器件的基础。