光電子發射

1887年赫茲發現的現象

當物體吸收了光輻射后,物體內也可能產生能量較大的電子,其中一部分將運動到達物體表面,並克服表面勢壘而逸出,成為發射電子。這種現象稱為外光電效應或光電子發射。發射出的電子稱為光電子,光電子所形成的電流稱為光電流

光電子發射現象是赫茲於1887年在做電磁振蕩的研究時首先發現的,但赫茲沒有做進一步的探討。在隨後的十多年中,光電子發射的實驗規律被逐漸確立。到1905年,愛因斯坦證明了光電子的最大動能與光輻射的頻率成線性關係,並提出了定量的理論解釋。以後的大量工作,使光電子發射的理論不斷深入,實用的光電陰極和它的應用也迅速發展。

光電子發射的應用


光電子發射是光能轉變為電能,或光信號轉變為電信號的一種形式,在許多電子器件(如光電管光電倍增管、電視攝象管等)中都要利用這種發射形式。由於不可見光紅外線紫外線X射線等也能引起光電子發射,所以它也被利用來把不可見光轉變為可見光,有時也用於把微弱的光轉變為較強的光。在變像管、亮度增強管等電子器件中,以及在紫外光電子能譜儀、X射線光電子能譜儀等表面分析儀器中,光電子發射都起著重要的作用。
另一方面,在一些並不利用光電效應的電子器件中,有時也會發生人們所不希望的光電子發射現象。如電子高速打到電子管陽極上,會產生X射線,這些X射線照到別的電極上,就會引起這些電極發射光電子,形成所謂的本底電流或雜訊電流。這種現象對靜電計管、電離計管等器件的性能提高形成嚴重的限制。因此,研究光電子發射現象對於電子器件來說具有普遍的重要性。

金屬光電子發射的規律


固體樣品在光作用下發射電子,這些電子通常被加有正電壓的收集極所收集,所收集的電子流與樣品特性、光的性質和電壓有關。
斯托列托夫定律為:當入射光的頻率或頻譜成分不變時,陰極單位時間內發射出的光電子數目或飽和光電流I與入射光的強度Φ成正比
2.愛因斯坦定律
愛因斯坦定律為:光電子的最大初動能W只與入射光的頻率v成線性關係,而與入射光的強度無關。

半導體光電子發射的物理過程


半導體的光電子發射,有3個主要過程:
(1)光子被吸收,產生電子躍遷
(2)受激電子向固體一真空界面處運動。
(3)電子越過表面勢壘向真空逸出。

光電子發射探測器


依靠外光電效應製成的光電探測器稱為光電子發射探測器。光電倍增管是典型的光電子發射探測器。其主要優點是靈敏度高,穩定性好,響應速度快和雜訊小;主要缺點是結構複雜,工作電壓高和體積大。它是個電流放大元件,具有很高的電流增益,因而最適合在微弱光信號場合下使用,如在激光測距雷達、通信等接收系統中已廣泛使用。