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AA 2009/2010 Laboratorio di Fisica della Materia 1

Rivelatori e tecniche avanzatedi rivelazione in spettroscopia

ottica• Caratteristiche spettrali• Sensibilita’• Rumore• CW e TR• Ultrafast detection (< 10 ps)


Effetto fotoelettrico


Moltiplicazione


PM Photon counter

Picoamperometro

Rivelazione CW

Molto piu’ complicato in TR


Fotoemissione

1. Assorbimento2. Diffusione3. Barriera


Assorbimento

Spessore catodo: 0.01-0.1µmRiflessioni multiple

!(v,x) =

Flusso fotoni assorbito: dipende dafrequenza radiazionee distanza da superficie

Coeff.assorbimento Dipende da riflessioni multipleTende ad 1 per layer semi∞


coeff. riflessione superficie ingresso


104 cm-1 La= 1µm da confrontare con spessore deposizione


Diffusione elettrone verso la superficie

1) Interazione elettrone -elettrone: termalizzazione2) Interazione con il reticolo: perdita energia

In un metallo: rapido raggiungimento equilibrio termico. Solo elettroni vicino alla superficie possono uscire: escape depth ≈1-10 nm

In un semiconduttore: BC vuota e quindi domina interazione con fononi:Escape depth piu’ grandi.Tipico rate di perdita di energia con fononi: 50-100 meV per evento Scala temporale ≤ ps


Escape dalla superficie per un metallo

Wth o Φ = U-EF

In un metallo: Wth=Wph

Th=thermoionicPh=photoemission


Escape dalla superficie per un semiconduttore

EC-EV=EgEA=E0-ECWph=Eg+EA Wph>Wth=E0-EF

In un semiconduttore e’ possibile modificarela barriera di superficie con una deposizionemetallica: doping p-type+ barriera SchottkyAffinita’ elettronica ridotta anche negativa

Con cesio EAapparente siriduce a 1.4eVPer affinita’negative Wph=Eg


I catodi


Quantum efficiency (%):Number of photoelectronsNumber of incident photons

Solar blind

S20, S25

Radiant sensitivity (mA/W):Corrente catodicaFlusso incidente


Le finestre

Limite a rispostaspettrale in alta energia


Il sistema di raccolta e moltiplicazione: I dinodi

La geometria dei dinodi determina:1)Efficienza raccolta2)risposta temporale del PM3) linearita’


Emissione secondaria

Energia dei fotolettroni≤ 1 eV

ΔV catodo-I dinodo ≈100 V

Fattore moltiplicazioneδ= n. elettroni secondari n.elettroni primari

δ ≈ 4-6

L’efficienza di raccolta η fra dinodi non e’ esattamente 1 e dipende Dalla tensione del dinodo:ηδ=kVα 0.65<α<0.75


Materiale dinodi: isolanti con deposizione metallica o semiconduttori

Guadagno del sistema dinodico G ≈ δN N=numero dinodi

Valori tipici N=10-14 G=105-108 δ=3.5


Statistica dell’emissione secondaria

1. Numero2. Distribuzione dell’ampiezza: Pulse height distribution3. Fluttuazioni nel tempo di transito

1,2 importanti per rivelazione CW e TR3 importante in TR


G≈δN=KVsNα

Qm= e G ! 1.6 "10#13C

$ = 2 "10#9

s

Vm=

1.6

250 "10#4V = 4mV


Ogni emissione secondaria contribuiscecon un valor medio δ ed una σ=√ δ

La varianza relativa è : (σ / δ)2=1/ δLa varianza relativa per il processo dimoltiplicazione da parte di N dinodi è:

1/ δ +1/ δ2 +….+ 1/ δN = 1/(δ-1)

CONTA IL I DINODO


Caratteristiche temporali degli impulsi

•Durata impulso all’anodo tw

•Tempo di salita all’anodo tr

•Tempo di transito tD

tD

Queste caratteristichedipendono da:•Geometria PM•Tensione alimentazione (entro un certo limite)


Geometrie PM

Venetian blind

Box and grid


Dimensioni del microcanale 6-20 µm

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