第四部分光電子應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光全息

1、第四部分光電子應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光全息光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件根據(jù)光電轉(zhuǎn)換器件的用途來區(qū)分：光電探測器件。1.光電成像器件。光電導(dǎo)探測器光電導(dǎo)探測器 測器，主要特征是受到光照后，器件的電阻發(fā)生變化。包括：光敏電阻、光導(dǎo)管。0.03eV1eV2.4eV禁帶導(dǎo)帶價帶光電導(dǎo)體的能帶 能夠產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)的電子躍遷類型包括：本征吸收和雜質(zhì)吸收。本征吸收和雜質(zhì)吸收。 電子吸收了光子能量后，從價帶躍遷到導(dǎo)帶或從禁帶中的雜質(zhì)能級躍遷到導(dǎo)帶或從價帶躍遷到禁帶中的雜質(zhì)能級，其結(jié)果是在導(dǎo)帶中產(chǎn)生了自由電子或在價帶中產(chǎn)生了空穴。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在

2、信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件0.40.81.21.62.02.40.20.40.60.81.0 (m)R1231-CdS2-CdSe3-PbS三種光敏電阻的光譜響應(yīng)特性曲線光電導(dǎo)器件的工作特性光電導(dǎo)器件的工作特性1. 響應(yīng)度響應(yīng)度 光探測器的輸出電壓或輸出電流與入射光功率之比。RI = I/P (A/W); RV = V/P (A/W); R 為輸出電阻響應(yīng)度與外加偏壓、載流子受命和器件長度有關(guān)2. 光譜特性光譜特性 光電導(dǎo)探測器是波長選擇性器件即在一定的波長范圍內(nèi)，才對入射光有影響而對其他波長響應(yīng)度極小或趨于0。 材料的禁帶寬度決定了光譜響應(yīng)的長波限 0 。在 RL2 RL3

3、P1 P2 P3光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件I (mA)I (mA)E(xl)E(xl)103 102 10 5x103 103 102 50 硅光電池硒光電池3. 光照特性光照特性 光生電動勢、光電池與光照度的關(guān)系。當(dāng)負(fù)載電阻不等于零時，隨著照度的增加，光電流與端電壓都在增加，二極管處在正向偏置下，內(nèi)阻變小，外電流增加變緩，與光照成非線性關(guān)系。負(fù)載越大，非線性越顯著。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件4. 頻率特性頻率特性5. 溫度特性溫度特性 由于光敏面比較大，結(jié)電容也比較大，光電池的內(nèi)阻在光

4、照較小時也比較大，這些都使電路的時間常數(shù)加大，使得頻率響應(yīng)不高。此外，負(fù)載電阻大時，響應(yīng)時間也增大。硅光電池的截止頻率只有幾十千赫溫度增加，開路電壓下降，短路電流上升。在強光照射時，要注意器件的升溫。硒光電池的結(jié)溫不應(yīng)超過50，硅光電池的結(jié)溫不應(yīng)超過200，否則晶體結(jié)構(gòu)會遭到破壞。V(mV)VocIscI (mA)T ()I (%) (Hz)100K 10 K 1 K 硅光電池的頻譜特性光電池溫度特性光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件太陽能電池太陽能電池 光電池構(gòu)成太陽能裝置一般采用多個光電池進(jìn)行串并聯(lián)組合方式。單片光電池電動勢很低，輸出電流很小，

5、不能直接作為電源使用。為使裝置達(dá)到實用效果，可采用光電池串聯(lián)以增加輸出電壓，并聯(lián)以增加輸出電流。RL光電池組光電池組蓄蓄電電池池組組光電池組光電池組aabb太陽能電池裝置太陽能電池裝置a. 先串后并先串后并b. 先并后串先并后串光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件光電池轉(zhuǎn)換效率；光電池轉(zhuǎn)換效率；太陽能電池的最大輸出功率 Pmax 與輸入光功率 P 之比。 PPmaxi 的大小與材料的性質(zhì)有關(guān)，器件的結(jié)構(gòu)、工藝等因素對其也有影響。NP減反射膜表面層基層背面接觸正面接觸條太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖為提高效率：為提高效率：1. 提高光生載流子

6、的收集效率2. 提高光能的收集效率 常用材料：常用材料：Si, GaAs, CdS, InP, CdTe光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件光電二極管光電二極管 在反向偏壓下工作的光伏器件。結(jié)構(gòu)上，在外殼上有透明的能入射光線的窗口，以便讓光能照射導(dǎo)管芯上。為提高轉(zhuǎn)換效率，窗口上裝有能聚焦光的透鏡；PN 結(jié)做得比較淺，以保證有更多的光子被利用；PN 結(jié)面積通常做得比較大，電極面積做得比較小，以增加受光面積。一、工作特性一、工作特性1. 靈敏度（響應(yīng)度）：光電二極管輸出的光電流與入射光功率之比靈敏度（響應(yīng)度）：光電二極管輸出的光電流與入射光功率之比R0

7、= P0I p( A/ W )2. 光譜特性光譜特性： 不同的半導(dǎo)體材料 不同的禁帶寬度 不同的光譜響應(yīng)范圍 每一種探測器件，存在一個響應(yīng)的峰值，其對應(yīng)的光子能量稍大于禁帶寬度，當(dāng) h Eg 時，響應(yīng)呈迅速下降的趨勢。SiGe ( m)I %20406080100光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件3. 響應(yīng)時間響應(yīng)時間影響響應(yīng)時間的快慢的重要因素 載流子的運動速度。4. 伏安特性伏安特性無光照時，光電二極管的 VI 特性： I I e 1 kteVsV 是外加偏壓，為負(fù)值。有光照時，光電二極管的 VI 特性：I I I e 1 kteVspV光照增

8、大無光照時有光照時有光照時IEcRPDPD：光電二極管Ec： 電源電壓R： 負(fù)載電阻光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件二、常見類型的光電二極管二、常見類型的光電二極管1. PIN光電二極管光電二極管 PIN光光電極電極電極電極PINVa. 結(jié)構(gòu)示意圖b. 反向偏置圖 在 P 區(qū)與 N 區(qū)之間加了一層本征層，中間 I 層的電阻率很高，厚度為毫米量級。 耗盡層變寬 增大了光電轉(zhuǎn)換的作用區(qū)域 加強了對長波長的光波的吸收。耗盡層變寬結(jié)電容變小高頻端的響應(yīng)得到改善。反向偏壓越高，結(jié)電容變小的效應(yīng)越顯著。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用

9、光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件2. 雪崩（雪崩（APD）光電二極管）光電二極管靈敏度高、響應(yīng)時間快。P N PRb輸出h電電場場耗盡區(qū)耗盡區(qū) W雪崩區(qū)雪崩區(qū)碰撞電離所碰撞電離所需的最小電場需的最小電場(1). 結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理N區(qū)、P區(qū) 為重?fù)诫s區(qū)； 為接近本征的低摻雜區(qū)； 光照射到光電二極管時，由于器件的耗盡層很寬，大部分光子在這個區(qū)域被吸收并生成電子空穴對。 在外電壓的作用下，載流子定向 移動成為初始光電流，一次電子在向 PN結(jié)區(qū)漂移的過程中動能增大，到 達(dá)PN結(jié)后，在更高的電場作用下產(chǎn) 生雪崩倍增，一次空穴則直接被 P 區(qū)吸收。因此，PIN 中的光電流主要是一種載流子的貢獻(xiàn)(a).

10、 電場分布(b). 結(jié)構(gòu)示意圖光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件(2). 倍增增益倍增增益(3). 噪聲噪聲G 11V I RmiVbVb：APD 的擊穿電壓，Ri：為APD 的內(nèi)阻， ：為常數(shù)，與材料、摻雜、波長有關(guān)；mI：為倍增后的電流。除了一般光電二極管的噪聲類型外，還有一種由于倍增增益的起伏而引起的附加噪聲。(4). 溫度特性溫度特性環(huán)境溫度的變化，主要表現(xiàn)在對倍增增益以及暗電流的變化上3. 肖特基光電二極管肖特基光電二極管半導(dǎo)體材料與金屬接觸形成肖特基勢壘 構(gòu)成肖特基光電二極管。不同的肖特基勢壘 不同波長響應(yīng)；工作區(qū)靠近表面，有利于短波長

11、的吸收，適于對藍(lán)光、紫外光的探測。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件光電倍增管光電倍增管一、結(jié)構(gòu)與工作原理一、結(jié)構(gòu)與工作原理1. 光陰極光陰極KDD1D3D5D7D9D2D4D6D8D10AV0RL- 1200 - 1000 - 800 - 600 - 400 - 200- 1100 - 900- 700 - 500 - 300 - 100 光電子發(fā)射型光檢測器；靈敏度高、穩(wěn)定性好、相應(yīng)速度快；適用于微弱光信號檢測。K：光陰極，D：倍增極A：陽極， 陰極在光照下，發(fā)射出電子，電子受到極間電場作用而獲得較大的能量。當(dāng)電子以足夠高的速度打到倍增極上時，

12、倍增極產(chǎn)生了二次電子發(fā)射，使得向陽極方向運動的電子數(shù)目成倍的增加，經(jīng)過多次倍增，最后到達(dá)陽極被收集而形成陽極電流。在倍增因子不變的條件下，陽極電流隨光信號的變化而變化。 產(chǎn)生初次電子。因此它決定了光電倍增管的頻譜相應(yīng)特性。常用銻銫材料和銀化銫材料。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件2. 倍增極倍增極 某些金屬、金屬氧化物及半導(dǎo)體，如銻化銫（CsSb）、銀鎂合金（MaAg）、氧化鈹（BeO）、GaP、GaAs等，其表面受到高速粒子轟擊后，可以重新發(fā)射出更多的電子（即二次電子發(fā)射），用二次電子發(fā)射 來表征二次電子發(fā)射的量值。 I2I1en2en1 式中

13、 I1 = en1, I2 = en2 分別表示一次和二次發(fā)射電子流。 表示每一個入射電子所產(chǎn)生的二次電子數(shù)目，即每個倍增極的電流增益。G IA / IK = f (g)n如果倍增極的級數(shù)為n, 且各級性能相同 式中IA 為陽極電流，IK 為陰極電流，f 為第一倍增極對陰極電子的收集效率，g 為各倍增極之間的傳遞效率。通常 取36，n 取914級，光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件二、工作特性參數(shù)二、工作特性參數(shù)1. 陰極靈敏度陰極靈敏度3. 工作電壓與電壓供給工作電壓與電壓供給V0VKARLD1D2Dn-2Dn-1DnR1R2R3Rn-1RnRn

14、+1C1C2C3 負(fù)高壓供電負(fù)高壓供電，電源正極接地，可響應(yīng)變化緩慢的光信號。 正高壓供電正高壓供電，電源負(fù)極接地，適用于要求低噪聲的光脈沖信號檢測。光陰極被光照射后產(chǎn)生的初始電流 IK 與入射光通量 V之比IKSK VA/lm光通量大 陰極疲勞 靈敏度下降光通量小 測量誤差光電倍增管供電回路光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件3. 伏安特性伏安特性2. 陽極靈敏度陽極靈敏度在一定的工作電壓下，陽極輸出電流與光通量之比。IASK V612 18 24V ( x 10-6W)IA (mA)2468100 在一定的光通量范圍內(nèi)，IA 與 V 成線性關(guān)系，

15、但 V 大到一定程度，IA反而下降，出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。 陰極疲勞所致。50100150V n+1 (V)IA (mA)246810012光電特性光電特性伏安特性伏安特性 在一定的光強照射下，陽極電流與最后一級倍增極和陽極之間的電壓關(guān)系。1.5 x 10 -7 W1.2 x 10 -7 W0.9 x 10 -7 W0.6 x 10 -7 W0.3 x 10 -7 W光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件4. 暗電流暗電流 ID5. 頻率特性頻率特性6. 噪聲特性噪聲特性 光電倍增管在無光照射時，加上工作電壓后的輸出電流，稱為暗電流。暗電流對測量微弱信號不利。

16、 產(chǎn)生暗電流的主要因素：陽極和其他電極間的漏電流；熱電子發(fā)射電流，主要由陰極及第一倍增級產(chǎn)生；光反饋及離子反饋引起的反饋電流，主要由非信號的微弱光或殘余氣體電離轟擊陰極產(chǎn)生的二次電子造成。 電子從陰極發(fā)出，到達(dá)陽極的渡越時間是影響光電倍增管頻率特性的主要因素，有不同電極、不同部位發(fā)出的電子到達(dá)陽極的距離不同，造成電子渡越時間的彌散，此外極間電容，負(fù)載電阻都影響到光電倍增管的響應(yīng)時間。頻率響應(yīng)的寬度與倍增級數(shù) n 成反比。倍增管的截止頻率：Vc 12RLC 對電磁屏蔽良好的光電倍增管，其噪聲的主要來源是散粒噪聲和負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)

17、換器件光電轉(zhuǎn)換器件變像管、像增強管、攝像管變像管、像增強管、攝像管 成像器件成像器件與探測器件探測器件的區(qū)別：探測器件探測器件的作用是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并在電子技術(shù)范圍進(jìn)行處理，其性能主要看響應(yīng)率、響應(yīng)速度和噪聲等。成像器件成像器件的工作目的是熒光屏上完成二維圖像，其工作過程由兩部分構(gòu)成，首先是將光的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷男盘?，然后將電的信號作用于熒光屏上顯示出圖像。成像器件除了要求靈敏度高、噪聲低等條件外，還要求有高的空間信息分辨能力。 成像器件分為兩大類：像管和攝像管像管和攝像管。像管像管集光電轉(zhuǎn)換與成像于一體，其輸入輸出皆為光信號，其中把各種不可見圖像轉(zhuǎn)換為可見圖像的器件成為變像管；把微弱的

18、輻射圖像增強到可以用眼睛觀察的器件成為像倍增管。攝像管攝像管是一種光信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件，帶有圖像信息的電信號可傳送到異處的接受系統(tǒng)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，在熒光屏上顯示出圖像。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件一、像管的結(jié)構(gòu)與工作原理一、像管的結(jié)構(gòu)與工作原理陰極外筒陽極和聚焦電極光纖面板光纖面板熒光屏光陰極 像管的基本結(jié)構(gòu)包括輸入部分，電子光學(xué)成像系統(tǒng)以及輸出部分。靜電聚焦式變像管示意圖1. 輸入部分輸入部分 光陰極的材料與真空倍增管的陰極類似，常用的有，對紅外光敏感的銀化銫紅外光陰極銀化銫紅外光陰極、對可見光敏感的單堿和多堿光電陰單堿和多堿光電陰極極、對

19、紫外光敏感的IIIV族化族化合物陰極合物陰極等。2. 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)作用：作用：加速光電子，使電子束按一定規(guī)律運動，以保證能入射到熒 光屏的相應(yīng)位置。類型：類型：靜電系統(tǒng)：靜電系統(tǒng)：電磁復(fù)合系統(tǒng)電磁復(fù)合系統(tǒng)非聚焦式非聚焦式聚焦式聚焦式光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件二、像管的主要特性二、像管的主要特性3. 輸出部分輸出部分將電信號轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，熒光屏的電阻率約為10101014 .cm1. 光譜響應(yīng)特性光譜響應(yīng)特性2. 增益特性增益特性輸出亮度與入射面照度之比的 倍。GL = LEV3. 背景特性背景特性無光照時的暗電流在電場作用下，

20、轟擊熒光屏使之發(fā)光，這種亮度稱為暗背景亮度。原因：熱電子發(fā)射、局部強電場引起的發(fā)射、二次電子發(fā)射。4. 時間響應(yīng)特性時間響應(yīng)特性時間響應(yīng)特性主要取決于熒光屏。熒光屏對電子轟擊的反應(yīng)通常達(dá) 3 ms。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件三、變像管與像倍增管三、變像管與像倍增管1. 變像管變像管 將不可見光轉(zhuǎn)換為可見光器件，通常指紅外變像管。其核心部分是對紅外光敏感的光陰極，當(dāng)紅外光照射到光陰極時，產(chǎn)生光電子發(fā)射，經(jīng)過電子光學(xué)系統(tǒng)，打倒熒光屏，發(fā)出可見光，實現(xiàn)了光譜的轉(zhuǎn)換。 輸入輸出窗口材料通常采用光纖面板，它是由許多單根纖維組合而成，由于單根光纖只能傳

21、遞一個單元信息，要傳送圖像就要將光纖束按一定的方式排列結(jié)合起來，制成光學(xué)纖維板。2. 像倍增管像倍增管主要用于增強圖像的亮度，用在微光夜視的條件下。 早期采用兩電極定焦式靜電聚焦像管，常常將 3 個單支管耦合起來，施以高壓，達(dá)到提高增益的目的。第二代微光像增強管在級間插入微通道板以代替多級倍增，其倍增效果好，體積也小。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件四、攝像管四、攝像管 攝像管的主要工作是將被觀測的圖像，不失真地變換成電信號，并能高質(zhì)量地傳送出去。后面的圖像再現(xiàn)工作由傳輸以及接受系統(tǒng)來完成。1. 基本工作原理基本工作原理三個基本組成部分：光電轉(zhuǎn)換

22、元件、光電流存儲元件以及掃描讀取裝置。網(wǎng)電極靶視頻信號RL聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈聚焦極1聚焦極2陰極控制柵極加速極結(jié)構(gòu)示意圖玻璃板信號板光敏層靶的結(jié)構(gòu)光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件2. 攝像管的工作特性攝像管的工作特性(1). 靈敏度靈敏度(2). 惰性惰性(3). 分辨能力分辨能力輸出信號電流與輸入光通量（或照度）之比，單位：A/lx 或 A/lm。 輸出信號相當(dāng)于輸入信號的泄后程度。惰性過大對于攝取動態(tài)圖像是不利的，在照度增加時，所產(chǎn)生的輸出信號的泄后為上升惰性，而照度下降時所產(chǎn)生的輸出信號的泄后為衰減惰性。惰性產(chǎn)生的原因有光電導(dǎo)材料本身

23、所具有的特點以及光電導(dǎo)層的電容性特點造成的。垂直分辨力：能分辨出垂直方向上的像元素，或黑白相同的等寬矩 形條紋數(shù)。水平分辨力：在水平方向上能夠分辨的像元素。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD） 電耦合器件是以電荷作為信號，通過電荷的存儲與轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)換與檢測。這不同于以電流或電壓為信號的檢測器件。一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理AlSiO2Si 襯底襯底MOS電容器1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) CCD的基本單元是金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）結(jié)構(gòu)。在 P 型或 N 型的硅單晶的襯底上生長一層厚度約為 0

24、.12 m 的 SiO2 薄膜，薄膜上再蒸發(fā)一層金屬膜（通常使用金屬鋁）。經(jīng)過光刻，將鋁膜分割成間距很小的單元。每一個鋁膜作為一個電極，與下面的 SiO2 層和 Si 單晶組成 MOS 結(jié)構(gòu)，如同一個 MOS 電容器。MOS 電容器可以排成一維形式（線陣），或二維形式（面陣）。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件2. 電荷的存儲與轉(zhuǎn)移電荷的存儲與轉(zhuǎn)移(a). P 型半導(dǎo)體氧化層電極(b). 耗盡層氧化層電極VG Vth 在鋁膜電極上加上正電壓，襯底接負(fù)電壓，由于場的感應(yīng)作用，使 P 型半導(dǎo)體中的電荷分布發(fā)生變化。正電荷被排斥而遠(yuǎn)離 Si 與 SiO2

25、的界面，使得在接近界面的位置上出現(xiàn)耗盡層，如圖b. 所示。 耗盡層的出現(xiàn)使界面處的表面勢（Es）增加。隨著電極上的電壓增加，耗盡層加深，表面勢更高。表面勢對電子有吸引作用，因而Es高到一定程度，會將半導(dǎo)體內(nèi)的電子（少數(shù)載流子）吸引到表面，形成一層極薄 ( 10-3 m ),但電荷濃度很高的反型層，如圖c. 所示，反型層又稱為 N 溝道。 由于電子出現(xiàn)，使得表面勢下降，如果電子繼續(xù)被吸引過來，使耗盡層變淺，表面勢也進(jìn)一步降低。當(dāng)表面勢降到費米電勢的兩倍，光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件即：Es = 2EF 時, 相當(dāng)于電子已填充到最大限度，表面勢不

26、再束縛多余電子，而會產(chǎn)生電子的溢出。 表面勢越高，即耗盡層越深，則表示能夠容納的電子數(shù)越多。電子落入這個區(qū)域如同落入井中，因此又把這種由于在電極上加上電壓后所形成表面勢壘區(qū)稱為勢阱。表面勢的大小可作為勢阱深度的量度。 如果在某一時刻，勢阱中存儲了部分電荷，通過改變電極上的電壓，使勢阱變淺，導(dǎo)致阱內(nèi)電荷趨于飽和并溢出，就可以實現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移。2V 10V 2V 2V123存有電荷的勢阱2V 10V 2-10V2V123新勢阱2V 10V 10V 2V123電荷的轉(zhuǎn)移過程(a)(b)(c)2V10-2V10V2V1232V 2V 10V 2V123(d)(e)電荷移動 電荷的轉(zhuǎn)移是通過在電極上施加按

27、一定順序變化的脈沖驅(qū)動電壓，導(dǎo)致電荷耦合而實現(xiàn)。光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用3. 信號的輸入信號的輸入 光激發(fā)，光激發(fā)，就是將 CCD 當(dāng)作一個光電轉(zhuǎn)化器件，直接接受光信號照射，在相極附近的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，多數(shù)載流子被柵極排開，少數(shù)載流子則被收集在勢阱中成為信號電荷。 電注入，電注入，信號電壓加在輸入二極管上，輸入二極管作為源極，與輸入柵極G0 (單獨引線)，以及第一個轉(zhuǎn)移柵 G,構(gòu)成 MOS 晶體管，漏區(qū)不是擴散層，而是勢阱，注入勢阱的漏電流 (信號電流) 受到柵源電壓的調(diào)制，注入勢阱的總電荷受到輸入柵的開啟時間控制。4. 信號輸出信號輸出如何有效的收集和

28、探測電荷。R輸出放大(a). 反向二極管R輸出(b). 選通電荷檢測裝置光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用5. 物理性能物理性能(1). 轉(zhuǎn)移效率一個電荷包在一次轉(zhuǎn)移中被正確轉(zhuǎn)移的百分比。(2). 暗電流(3). 信號存儲能力在無外信號注入的情況下的輸出信號稱為暗電流。所能存儲的最大信號電荷量決定了 CCD 的電荷負(fù)載能力二、CCD 攝像器件按結(jié)構(gòu)分：線陣 CCD，面陣CCD三、CCD的性能和應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件按光譜分：可見光（黑白、彩色）、紅外、X光、紫外光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光學(xué)全息光學(xué)全息 光學(xué)全息

29、技術(shù)是應(yīng)用光學(xué)干涉方法對物體的全部信息進(jìn)行記錄以及應(yīng)用光學(xué)的衍射原理使信息得以重現(xiàn)的光學(xué)領(lǐng)域。光學(xué)全息光學(xué)全息發(fā)展：1. 用水銀燈拍攝（記錄）同軸全息圖；2. 用激光來記錄，并用激光來再現(xiàn)，在記錄方法上提出了離軸全息法；3. 激光記錄，白光再現(xiàn)的全息術(shù)，主要有反射全息、像全息，彩色全息及合成全息。4. 用白光記錄和再現(xiàn)。1. 實驗實驗a. 全息記錄b. 全息再現(xiàn)光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光學(xué)全息光學(xué)全息O(x,y) = O0(x,y)ej0(x,y)R(x,y) = R0(x,y)ejR(x,y) 物體受照射后的衍射光入射到記錄介質(zhì)上（全息干板），物光波的波前復(fù)振幅為： 為了產(chǎn)生干涉條紋，另外用一個參考光波同時入射到全息干板上，參考光波的波前復(fù)振幅為波前記錄波前再現(xiàn)2. 原理原理光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)用光電子在信息領(lǐng)域中的主要應(yīng)