光电材料教学PPT-第六章.pptVIP

（2）锑铯(Sb-Cs)光阴极 光谱响应在大部分可见光区和紫外区，长波阈值接近650 nm 峰值光谱灵敏度处于蓝光和紫外波段，峰值的量子效率接近20% 首先在真空中向基板上蒸镀纯Sb膜 制作工艺 透射式光阴极：要求Sb膜厚度为白光透射比下降到初始值的约70 % 蒸Sb后进行引Cs热处理，使光电发射达最大即可 CsSb层厚度约 30 nm 锑铯光阴极结构 CsSb层的化学组成为Cs3Sb 禁带宽度为1.6 eV 多余的受主Sb的浓度约有1020 /cm3，其能级位于价带顶之上约0.5eV处 Cs3Sb晶体是P型的 锑铯光阴极表面能带图 在表面态的能级上由于铯的正离子和负空间电荷区之间构成一个偶极层，从而导致沿偶极层的电位下降，促使电子亲和势下降 光电发射主要来自价于带中的受激电子，属于本征光电发射 光谱响应在200~600 nm范围内很平坦 （3）多碱光阴极 双碱(如Sb-K-Cs、Sb-Rb-Cs)、三碱(如Sb-K-Na-CS)和四碱(如Sb-K-Na-Rb-Cs)，统称为多碱光阴极 在可见光波段有很高的量子效率，峰值量子效率接近30% (Cs)Na2KSb的光吸收随波长增加而减小，根据该特点可以通过调整光阴极的厚度来改善它的光谱响应特性 增加光阴极的厚度，增加长波响应 可以将光阴极的长波阈延伸到0.9μm以上 短波响应有所降低 （4）紫外光阴极 窗口材料 近紫外窗口材料的光谱透射比曲线 透射式日盲紫外光阴极 的光谱响应 “日盲”紫外光阴极 紫外光阴极一般可分为400~200 nm，200~104nm和104 nm以下三类 地表的太阳光光谱 透射式紫外光阴极的光谱响应 工作于200~104 nm中紫外波段的光阴极 思考题 光阴极的光电发射的可分为哪三步？ 光电发射电流密度与入射光强度的关系如何？ 光阴极的表面态如何影响光电发射的量子效率? 从材料能带结构角度分析如何才能得到高效率的光电发射 光电发射饱和现象产生的原因是什么？ 七：次级电子发射现象 1、电子与物质的相互作用 * 第六章 光电发射与光阴级 ①斯托列托夫定律 当入射光的频率或频谱成分不变时，光电发射体单位时间内发射出的光电子数或饱和光电流与入射光的强度成正比 ：光电(谱)灵敏度（单位： ） 光电发射的电子流密度分布正比于入射的辐射通量分布 将辐射图像转换为光电子图像 一、光电发射的基本规律 视频演示 ②爱因斯坦定律 光电发射出来的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关 ：截止频率(或红限频率) 当入射频率低于 时，不论光强如何都不会产生光电发射 光电转换的光谱响应范围 临界波长 二、 光电子发射的基本理论 公认的光电发射理论模型——三步过程模型(三阶段理论) ①光电发射体内的电子被入射光子激发到高能态 ②受激电子向表面运动，在运动的过程中因碰撞而损失部分能量 ③到达表面的受激电子克服表面电子亲和势而逸出 （1）电子受激跃迁 半经典的处理方法 对入射的光辐射采用经典电磁场理论描述 对电子的基态和受激态则采用量子力学方法描述 λ(t)：受激跃迁的几率速率(单位时间的几率) A0：包含初相位在内的入射光的复振幅 ρ(ωk)：激发态的态密度分布函数 Φk|P|Φb：由动量所表示的微扰矩阵元 与入射辐射强度|A0|2成正比 与电子跃迁矩阵元Φk|P|Φb成正比 与激发态的态密度ρ(ωk)成正比 受激跃迁几率λ(t) （2）受激电子向表面迁移过程 光电发射体内电子受激后，在其寿命时间内要产生迁移运动 能量损失 散射 自由电子散射 晶格散射 激子散射 俄歇过程 与体内束缚电子发生非弹性碰撞而产生次级电子—空穴对时，将损失更多的能量 晶体缺陷、应力、晶粒边界处产生的散射 其它散射 金属中自由电子数量多，使受激电子在运动过程中受到很强的电子散射 受激电子在运动较短的距离后就达到了电子的热平衡 只有靠近光电发射体表面处的受激电子才能迁移到表面 激发电子的逸出深度小 金属的光电发射特性差 （a）自由电子散射 发生在金属光电发射材料内的主要散射 非间并的半导体在室温状态下，自由电子很少 自由电子散射几率显著下降。自由电子散射可以忽略不计 主要光电发射体都采用半导体材料 金 属 半 导 体 （b）晶格散射 半导体光电发射材料中比较主要的一种散射 晶体中晶格振动能量的改变是量子化的，改变量的大小为声子 当晶格振动对受激电子散射时，相互交换的是一个声子的能量 受激电子每经过一次晶格散射会损失0. 005~0.l eⅤ的能量，比自由电子散射的损失要小得多 两次晶格散射之间受激电子的平均自由程也较长 受激电子可以迁移较长的距离而不损失过多的能量 迁移到表面后，受激电子仍能具有克服表面电子亲和势