昆明理工大學(xué)光電檢測簡答題范圍2014年

1、簡答題1、簡述什么是半導(dǎo)體？什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？半導(dǎo)體：電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。N型半導(dǎo)體：由施主能級激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子來導(dǎo)電的半導(dǎo)體，自由電子濃度 > 自由空穴濃度P型半導(dǎo)體：由受主控制材料導(dǎo)電性的半導(dǎo)體 自由空穴濃度 > 自由電子濃度2、什么是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，什么是漂移運(yùn)動(dòng)？PN結(jié)內(nèi)電場是怎樣形成的？1) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：電子由高濃度向低濃度的運(yùn)動(dòng)2) 漂移運(yùn)動(dòng)：在外電場作用下，空穴向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，電子向正極運(yùn)動(dòng)。3) PN結(jié)電場：P、N型半導(dǎo)體接觸的交界處形成PN結(jié)，載流子濃度梯度導(dǎo)致電子由N向P運(yùn)動(dòng)，空穴由P到N運(yùn)動(dòng)，在P和N區(qū)留下不可移動(dòng)的電離受主和電離施主，即

2、形成由N區(qū)指向P區(qū)的結(jié)電場，結(jié)電場又對擴(kuò)散形成抑制最終達(dá)到平衡。3、簡述光電導(dǎo)效應(yīng)與PN結(jié)光伏效應(yīng)的同異點(diǎn)。相同點(diǎn)：它們都是物體在受到光照時(shí)導(dǎo)致其電性能發(fā)生改變的現(xiàn)象，都具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。不同點(diǎn)：PN結(jié)光伏效應(yīng)為PN結(jié)受光照所發(fā)生的效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)無PN結(jié)。4、普朗克輻射公式描述了什么? 普朗克輻射公式與斯忒藩-玻爾茲曼定律、維恩位移定律是什么關(guān)系？描述了黑體光譜輻射出射度與波長、熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系：玻爾茲曼定律則是以普朗克公式為基礎(chǔ)由實(shí)驗(yàn)確定輻出度和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系：維恩位移定律也是普朗克公式為基礎(chǔ)的推演，絕對黑體溫度升高，單色輻出度最大值向短波方向移動(dòng)。5、一般測量系統(tǒng)噪聲的分類，包括

3、什么噪聲1) 光子噪聲：信號輻射和背景輻射產(chǎn)生的噪聲2) 探測器噪聲：熱噪聲 ；散粒噪聲；產(chǎn)生-復(fù)合噪聲；1/f噪聲；溫度噪聲3) 信號放大及處理噪聲6、探測器噪聲有哪幾類？大小與哪些因素有關(guān)？種類及因素： 熱噪聲： T絕對溫度、f通帶寬度、R器件電阻 散粒噪聲： i平均電流、f通帶寬度 產(chǎn)生-符合： i平均電流、總的自由載流子數(shù)、載流子壽命、f噪聲頻 1/f 噪聲： 平均電流、f頻率、f通帶寬度 溫度噪聲： 絕對溫度、f通帶寬度、器件（熱導(dǎo)，熱視見常數(shù)，熱容）7、簡述光電發(fā)射第一定律及光電發(fā)射第二定律，其區(qū)別何在？第一定律：光電子的動(dòng)能隨入射光子頻率的增加而線性增加第二定律：當(dāng)輻射的光譜分布

4、不變時(shí)，飽和光電流與入射的光通量成正比。區(qū)別：第一定律從微觀上描述一個(gè)光子激發(fā)一個(gè)電子的光電效應(yīng)，第二定律是從宏觀上描述一束光照射產(chǎn)生光電流。8、光電探測器的特性參數(shù)有哪些？簡述如何合理選擇光電探測器1) 特性參數(shù)：響應(yīng)率，光譜響應(yīng)率，等效噪聲規(guī)律，探測率與比探測率，時(shí)間常數(shù)，線性，量子效率2) 選擇應(yīng)根據(jù)以下條件：探測器的動(dòng)態(tài)范圍，探測器和光源光譜的匹配度，響應(yīng)時(shí)間或頻率的范圍，輸出信號的線性程度等9、太陽能屬于那一類輻射？相當(dāng)于多少K的黑體輻射？不同光譜比例如何？太陽能屬于熱輻射源，相當(dāng)于5900K的黑體輻射紫外區(qū)（<0.38um），6.46% 可見區(qū)（0.380.78um），46.

5、25%紅外區(qū)（>0.78um），47.29%10、請列出三種對太陽輻射有吸收衰減作用的大氣成分。 水汽 氧氣 二氧化碳 臭氧 一氧化碳 甲烷11、簡述硅光電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1) 基本結(jié)構(gòu)：PN結(jié)構(gòu)成，基底上以磷或硼作為受光面，分別在基底和光敏面上制作出輸出電極，光敏面上鍍上二氧化硅保護(hù)膜即形成硅光電池。2) 工作原理：光照射PN結(jié)時(shí)，耗盡層內(nèi)產(chǎn)生光生載流子，在內(nèi)建電場的作用下，電子移向P區(qū)，空穴移向N區(qū)，即產(chǎn)生電動(dòng)勢。13、簡述結(jié)型光電器件為何要加反向偏置電壓。 反向偏置電壓與PN結(jié)的內(nèi)建電場方向一致，增加PN結(jié)的勢壘高度，使內(nèi)部的電子和空穴更容易發(fā)生漂移運(yùn)動(dòng)，提高了頻率特性。14

6、、簡述光敏電阻的工作原理，與結(jié)型光電器件的主要區(qū)別是什么?1) 工作原理：無光照時(shí)，其電阻很大，電路電流很小，受光照時(shí)，光照產(chǎn)生的載流子迅速增加，阻值迅速減小。在內(nèi)電場作用下光生載流子沿一定方向運(yùn)動(dòng)即形成電流。2) 區(qū)別：光敏電阻靠光生電導(dǎo)作用工作，而結(jié)型光電原件靠光生伏特效應(yīng)15、為什么光敏電阻多采用N型半導(dǎo)體？電極間距，受光面大小有何影響？因?yàn)镹型半導(dǎo)體中的電子的遷移率比P型的空穴遷移率大，與電極間距成反比，與受光面的平方成正比16、什么是雪崩倍增效應(yīng)？簡述工作原理和特性1) 雪崩倍增效應(yīng)：在二極管上加高反向電壓，結(jié)區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)電場，光生載流子受到電場加速而活的能量，與晶格原子相撞可使其電離產(chǎn)

7、生新的電子-空穴對。反復(fù)此過程使PN結(jié)內(nèi)電流劇烈增加2) 工作原理：光生載流子受強(qiáng)電場加速產(chǎn)生雪崩效以獲得電流增益3) 主要特征：靈敏度高，響應(yīng)速度快，噪聲等效功率小，反偏電壓高17、光電二極管色敏器件（即雙結(jié)二極管）的結(jié)構(gòu)特征和工作原理，與紫外光電二極管有何相似？1) 結(jié)構(gòu)特征：同一個(gè)硅板上做出深淺不同的兩個(gè)PN結(jié)，深結(jié)對應(yīng)長波長，淺結(jié)對應(yīng)短波長2) 工作原理：根據(jù)人眼視覺三色原理，不同結(jié)深對不同波長的響應(yīng)不同3) 兩個(gè)都有淺結(jié)，使光生載流子在符合前能被利用18、光電管和光電倍增管的工作原理和基本功能1) 光電管：真空型，在陰極陽極之間加電場，光入射到陰極發(fā)射出光電子，在被電場加速后陽極接收

8、而形成光電流；充氣型，陰極陽極之間加電場，光入射到陰極發(fā)射出電子并與氣體分子碰撞使其電離被陰陽級收集形成光電陸2) 倍增管：陰陽極之間加電場，光入射到陰極發(fā)射出電子，被電場加速后匯聚到第一倍增極D1，再被D1與D2之間的電場加速匯聚到D2，直到匯聚到Dn后被陽極接收而產(chǎn)生光電流19、光電倍增管和微通道板光電倍增管結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別？1) 光電倍增管：光窗、光電陰極和陽極2) 微通道板光電倍增管：入射窗口、光電陰極、光學(xué)倍增系統(tǒng)和陽極20、光電倍增管的主要噪聲有哪些? 散粒噪聲，熱噪聲，閃爍噪聲21、除光電變換之外有放大作用的光電探測器有哪些？其中結(jié)型器件有哪些？1) 光電三極管 光電倍增管 雪崩

9、二極管2) 光電三極管 雪崩22、什么是熱釋電效應(yīng)？簡述熱釋電探測器工作原理及使用注意事項(xiàng)。1) 熱釋電效應(yīng)：溫度變化引起熱釋電晶體正負(fù)電荷中心發(fā)生位移，自發(fā)極化強(qiáng)度和面束縛電荷發(fā)生變化，兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電壓變化2) 工作原理：其自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化導(dǎo)致面束縛電荷發(fā)生變化，溫度達(dá)到一定值時(shí)自發(fā)極化變?yōu)?，釋放一部分電荷3) 注意事項(xiàng)：只能測調(diào)制輻射 不能測恒定輻射23、紅外探測器為什么峰值波長越長其工作溫度越低？其禁帶寬度很窄，高溫時(shí)有很大的熱噪聲，使光子與熱效應(yīng)引起的響應(yīng)無法分辨24、簡述像管、攝像管的工作原理和功能1) 像管：由光電陰極的光電效應(yīng)將照射的光轉(zhuǎn)換成電子圖像，在經(jīng)過電子

10、透鏡的電場 加速，由增強(qiáng)后的電子圖像激發(fā)熒光屏而產(chǎn)生可見圖像攝像管：光電陰極將可見圖像轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電荷圖像，經(jīng)電場加速撞擊靶產(chǎn)生更多電荷并積累存儲電子圖像，最后由電子束掃描獲取視屏信號2) 功能：像 管圖像的光電變換 攝像管圖像的光電變換，光電信息積累、存儲及掃描輸出25、什么是光電陰極？負(fù)電子親和勢光電陰極材料有什么特點(diǎn)？1) 能產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體被稱為光電發(fā)射體，其在光電器件中常用作陰極故稱光電陰極2) 特點(diǎn)：量子效率高、光譜響應(yīng)率均勻范圍大、熱電子發(fā)射小、光電子能量集中26、簡述CCD的工作原理，二相、三相驅(qū)動(dòng)CCD結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？1) 原理：輸入部分將信號電荷引入CCD的第一轉(zhuǎn)移柵

11、下 信號轉(zhuǎn)移部分根據(jù)電荷向最小勢能方向移動(dòng)的原理來轉(zhuǎn)移電荷，利用MOS電容器來有規(guī)律的控制電極電壓，可控制電極下勢阱深度，進(jìn)而控制電荷移動(dòng)方向。2) 區(qū)別：二相CCD的一位里有二個(gè)電容器，其陣列電容分為為二組。三相CCD的一位里有三個(gè)電容，陣列分為三組。27、什么是SCCD？什么是BCCD？為什么說BCCD能提高電荷轉(zhuǎn)移效率？1) SCCD：電荷存儲在半導(dǎo)體與絕緣體之間，并沿界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻鏈系榔骷?) BCCD：電荷存儲離半導(dǎo)體有一定具體的體內(nèi)并沿一定方向傳輸?shù)捏w內(nèi)溝道電荷耦合器件3) BCCD的轉(zhuǎn)移溝道在體內(nèi)，避免了表面態(tài)的影響，而體內(nèi)密度比表面密度低得多，因而轉(zhuǎn)移率大28、簡述SSPD的工

12、作過程。為什么要以電荷存儲方式工作？1) 工作過程：給數(shù)字移位寄存器加上時(shí)鐘信號，用一個(gè)周期性的起始脈沖S引導(dǎo)每次掃描的開始，移位寄存器就產(chǎn)生依次延遲一拍的采樣掃描信號e1en，使多路開關(guān)VT1VTn依次按順序閉合、斷開，從而把1-N位光電二極管的信號輸出。2) 因?yàn)殡姾纱鎯ぷ鞣绞较碌妮敵鲂盘柋冗B續(xù)工作下的信號大得多29、簡述紅外分析儀工作原理，工作過程及各部分作用1) 工作原理：利用物質(zhì)在紅外波段的吸收特性進(jìn)行分析2) 工作過程：待測氣體經(jīng)采氣裝置，使之分別通過標(biāo)準(zhǔn)氣室和測量氣室，用干涉濾光片濾光，分別發(fā)出兩束紅外輻射，紅外探測器交替接收兩道紅外輻射后，發(fā)出一個(gè)交變電信號，經(jīng)過電子系統(tǒng)處理

13、，則可以根據(jù)輸出信號判定待測氣體中的某種氣體濃度。30、紅外測溫儀的工作原理1) 原理：利用物體發(fā)出的紅外波長進(jìn)行測溫2) 組成：傳感器、測量電路31、什么是熱電效應(yīng)？基于熱電效應(yīng)的探測器有哪些？兩種金屬接成回路，兩個(gè)接點(diǎn)處溫度不同，回路中會(huì)產(chǎn)生電流熱電偶型紅外探測器 熱電偶 熱電堆32、簡述熱釋探測器的基本原理。 同2233、偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器是怎樣測定電流的？根據(jù)法拉第旋光效應(yīng)，由電流所形成的磁場會(huì)引起光纖中線偏振光的偏轉(zhuǎn)，通過檢測偏轉(zhuǎn)角的大小，就可得到相應(yīng)的電流值34、太赫茲波是什么？具有哪些特性？為什么對人體是安全的？1) 太赫茲波：震蕩頻率在電磁波普中位于微波段和紅外波段之間的電磁波2