光電子器件筆記

10光電子器件第一章1、光電探測器輸出信號電壓或電流與單位入射光功率之比，即單位入射光功率作用下探測器輸出信號電壓或電流稱為響應(yīng)率.Rλλ輻射diR功率作用下產(chǎn)生的信號電壓或信號電流。diRduR su dP

R i dP

R( ) Rm——其中RmR(λ)1.0R(λ)1.0R iRmRm1.24 光譜響應(yīng)率及量子效率僅由器件的響應(yīng)特性所打算，而與光源無關(guān)。器件的光譜響應(yīng)與光源輻射功率譜密度嚴(yán)密相關(guān)，它們之間的匹配系統(tǒng)α—稱為器件與光源的光譜匹配系數(shù)，它反映了器件響應(yīng)的波長范圍同光源光譜的吻合程度。在光源固定的狀況下,A1是不變的,假設(shè)與曲線重合得愈多,A2愈大,α愈大，也就是光譜匹配愈好;反之,假設(shè)兩曲線沒有重合之處,α=0,即二者完全失配,則該光電器件對光源輻射沒有探測力量。光譜匹配是選擇光電子器件,如像管、光電倍增管、紅外成像器件的材料的重要依據(jù)。R()1

R() P()A1

P()1 A 2A1A2 為噪聲。噪聲是物理過程所固有的，人為不行能消退。它的計(jì)算是在足夠長時(shí)間內(nèi)求其平方平均或均方根。光電探測器的噪聲來源主要有熱噪聲、散粒噪聲、溫度噪聲、放大器噪聲、頻率噪聲、復(fù)合噪聲等。

P P unminn

u u Rs n u當(dāng)輸出信號電壓等于輸出噪聲電壓均方根值時(shí)的探測器的入射輻射功率叫做最小可探測輻NEP。Pmin越小，器件的探測力量越強(qiáng)。對Pmin探測率。爭論指出:探測率與器件的面積和工作帶寬成反比。光吸取厚度：設(shè)入射光的強(qiáng)度為I0x處的光強(qiáng)度為I，則：IIe0

α為線吸取系數(shù)，單位為〔1/cm〕α大時(shí)，光吸取主要發(fā)生在材料的表層；αd=1/α?xí)r，稱為吸取64%的光被吸取。本征吸取：價(jià)帶中的電子吸取了能量足夠大的光子后，受到激發(fā)，越過禁帶，躍入導(dǎo)帶，本征吸取條件：光子的能量必需大于或等于禁帶的寬度Eg。內(nèi)光電效應(yīng): 材料在吸取光子能量后，消滅光生電子－空穴，由此引起電導(dǎo)率變化或電壓、電流的現(xiàn)象，稱之為內(nèi)光電效應(yīng)。使電導(dǎo)率增加，這個(gè)現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。在外電場作用下就能得到電流的變化。光電導(dǎo)效應(yīng)分為本征型和非本征型。本征半導(dǎo)體沒有光照時(shí)電導(dǎo)率為

ne pe0 0 n 0

p)0電導(dǎo)率的增量稱為光電導(dǎo)率： 0

0n

P增加載流子壽命：好處：增益提高，靈敏度提高，響應(yīng)率提高。缺點(diǎn)：惰性增加，頻率響應(yīng)特性變差。所以增益和惰性不行兼得。影響光譜響應(yīng)的兩個(gè)主要因素吸取系數(shù)和截流子外表復(fù)合率。〔長波限約為峰值一半處所對應(yīng)的波長。光敏電阻是利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的最典型的光電導(dǎo)器件。光敏電阻器均制作在陶瓷基上面帶有光窗的金屬管帽或直〔主要是濕氣等有害氣體對光敏面及電極所造成的不良影響，使光敏電阻器性能保持穩(wěn)定，工作牢靠。禁承受冷卻光敏面的方法來提高靈敏度是很有效的。光敏電阻一般用于與人眼有關(guān)的儀器，在使用時(shí)，必需加濾光片修正光譜。第一章作業(yè)1、什么是光譜響應(yīng)率？依據(jù)器件與光源的光譜曲線說明光譜匹配系數(shù)α的意義。2、某光電二極管，受波長為1.55um6x1012個(gè)光子的照耀，其間輸出端產(chǎn)生2x1012個(gè)光子。試計(jì)算該光電子器件的量子效率和響應(yīng)度。3、什么是器件的最小可探測輻射功率和探測率？探測率表達(dá)式的意義如何？4、半導(dǎo)體發(fā)生本征光吸取的條件是什么？其次章光生伏特效應(yīng)：兩種半導(dǎo)體材料或金屬/半導(dǎo)體相接觸形成勢壘，當(dāng)外界光照耀時(shí)，激發(fā)光生載流子，注入到勢壘四周形成光生電壓的現(xiàn)象。結(jié)型光電探測器與光電導(dǎo)探測器的區(qū)分:產(chǎn)生光電變換的部位不同。，不需外加電壓也可把光信號變?yōu)殡娦盘枴９怆妼?dǎo)探測器為均質(zhì)型探測器，載流子馳豫時(shí)間長，頻率響應(yīng)特性差。而結(jié)型探測器電流。外接電路開路〔斷路〕時(shí)，光生載流子積存在PN結(jié)兩側(cè)，光生電壓最大，此時(shí)的光生電Uoc稱為開路電壓。外接電路短路時(shí)，流過電路的電流Isc稱為短路電流，就是光生電流。光電池在受光外表上涂保護(hù)膜，如鍍SiO2、MgF2。目的是減小反射損失，增加對入射光電阻。通常在用單片光電池組裝成電池組時(shí)，可以承受增加串聯(lián)片數(shù)的方法來提高輸出電壓，用增加并聯(lián)片數(shù)的方法來增大輸出電流。光電二極管與光電池的主要區(qū)分：結(jié)面積大小不同，光電二極管的要小很多。結(jié)電容很小，頻率特性好；PNPN結(jié)工作在零偏置狀態(tài)下。而光電二極管工作于反。光電二極管分類：按工作根底分：有耗盡型及雪崩型。PN結(jié)、PIN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基勢壘及點(diǎn)結(jié)觸型等。按對光的響應(yīng)分：紫外、可見光、紅外型；按制造工藝：平面型、生長型、合金型、臺面型。PN結(jié)型光電二極管：依據(jù)襯底材料不同分為2DU2CU型兩種。2DU型易形成外表漏電流流到前極，它是暗電流〔噪聲〕的大局部，應(yīng)制止它流過負(fù)載。溫度特性：光電二極管受溫度影響最大的是暗電流。頻率特性：有兩打算因素：光生載流子在耗盡層的渡越時(shí)間；CjRLRLCj光電二極管等結(jié)型光電器件的噪聲主要是電流散粒噪聲和電阻的熱噪聲。PIN型光電二極管〔〕光生電流較大，靈敏度高。由于IPN結(jié)寬得多，光生載流子要多得多，光生載流子在內(nèi)建電場和反向電場作用下的漂移移動(dòng)會(huì)形成較大的光電流輸出，靈敏度得以提高。響度速度快，頻率特性好。一般說，集中運(yùn)動(dòng)的速度比漂移運(yùn)動(dòng)的速度低得多，PIN管由于集中運(yùn)動(dòng)被抑制，所以響應(yīng)速度提高了。時(shí)間響應(yīng)特性主要取決于結(jié)電容和載流子渡越耗盡層所需要的時(shí)間PIN耗盡層變寬，因此結(jié)電容變小了；同時(shí)由于I區(qū)電阻高，可承電壓高，電場強(qiáng)，載流子渡越耗盡層時(shí)間縮短了，所以時(shí)間特性變好了〔頻率帶寬可達(dá)z。響應(yīng)波段寬PIN1.1um1.06μm的激光。7.雪崩型光電二極管(APD)1、雪崩光電二極管原理PN結(jié)加上相當(dāng)大的反向偏壓〔略低于反向擊穿電壓〕—高電場—光生載流子加速—晶格原子-載流子—晶格原子-載流子—雪崩式載流子倍增。頻率特點(diǎn)：載流子運(yùn)動(dòng)速度快，渡越時(shí)間短s量級105MHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。8.光電三極管不僅能實(shí)現(xiàn)光－電轉(zhuǎn)換，還能放大光電流。其次章作業(yè)1、結(jié)型光電探測器與光電導(dǎo)探測器的主要區(qū)分有哪些？2、用波長為0.83μm、強(qiáng)度為3mW的光照耀在硅光電池，無反射，其量子效率為0.85，并設(shè)全部光生載流子能到達(dá)電極。求：〔1〕〔2〕T=300K10-8A時(shí)，求光電池的開路電壓。32CRUOC=0.54V，ISC=50mA0.5A，6V的蓄電池充電，需要多少個(gè)這樣的電池？4、光電二極管與光電池的主要區(qū)分是什么？55pF10MHz，求允許的最大負(fù)載電阻是多少？6、PIN管的時(shí)間響應(yīng)特性為什么比一般光電二極管好？7、說明雪崩型光電二極管的工作原理和頻率特點(diǎn)。第三章真空光電器件的突出特點(diǎn)：易于在管內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速、高增益、低噪聲的電子倍增。用于探測極微弱的光輻射和變化極快的光輻射。如光子計(jì)數(shù)器。易于制取大面積均勻的光敏面，像元密度大，可得到很高的區(qū)分率。用于較高要求的周密測量，如光譜，掃描電鏡等。將半導(dǎo)體光電放射的物理過程歸納為三步：半導(dǎo)體中的電子吸取入射光子的能量而被激發(fā)到高能態(tài)〔導(dǎo)帶〕上；這些被激發(fā)的電子在向外表運(yùn)動(dòng)的過程中因散射而損失掉一局部能量；到達(dá)外表的電子抑制外表電子親和勢EA而逸出。把電子從體內(nèi)導(dǎo)帶底逸出真空能級所需的最低能量稱為有效電子親和勢EAeff，以區(qū)分EA。假設(shè)給半導(dǎo)體的外表作特別處理，使外表區(qū)域能帶彎曲，真空能級降低到導(dǎo)帶之下，從(NEA)。NEA電子傳輸特性：1〕參與放射的電子是導(dǎo)帶的未熱化的冷電子；2〕NEA陰極中導(dǎo)帶的電子逸入真空幾乎不需作功。真空光電管非成像型的光電器件。光電倍增管目前普遍承受而且最有效的探測微弱光輻射的器件是光電倍增管電子倍增器的結(jié)合。光電倍增管構(gòu)造主要由四局部組成：光電陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)(光電陰極至第一倍增極的區(qū)域)，倍增系統(tǒng)(或稱打拿極系統(tǒng))、陽極(或稱收集極)。光電倍增管工作原理:射電子數(shù)目更多的二次電子，入射電子經(jīng)N級倍增極倍增后，光電子就放大N次，最終由陽極收集形成光電流。光電陰極在構(gòu)造形式上分為反射型側(cè)窗式和透射型端窗式。二次電子放射系數(shù)： I 2I二次放射系數(shù)不僅與倍增極1二次放射材料有關(guān)，且與它VD有關(guān)。電子倍增系統(tǒng)構(gòu)造分類：依據(jù)工作原理可分為兩類：聚焦型、非聚焦型。光電倍增管的主要特性和參數(shù)光電倍增管的頻率響應(yīng)主要受到電子渡越時(shí)間散差限制寬的主要因素。暗電流定義：當(dāng)光電倍增管完全與光照隔絕，在加上工作電壓后，陽極仍有電流輸出，輸出電流的直流局部稱為該管的暗電流，即由非光照因素引起的一切電流稱為暗電流。引起暗電流有以下幾方面的因素：熱放射極間漏電光反響離子反響場致放射其他緣由作業(yè)：1、簡述半導(dǎo)體光電放射的過程。2、用波長為589nm光照耀某光電陰極,0.05A/W,該材料的1.4eV,求該材料的光譜量子效率、長波閾值以及放射光電子最大動(dòng)能。3、什么是負(fù)電子親和勢光電陰極？4、說明光電倍增管的構(gòu)造組成和工作原理。510δ=4，陰極靈敏度為Rk=200μA/lm，陽極電流不得超過10mA，試估量入射陰極的光通量的上限。6、光電倍增管的暗電流是指什么？引起暗電流的因素主要有哪些？第四章光電成像器件按構(gòu)造分類有：像管、真空攝像管、固體成像器件等。像管能把人眼不能觀看到的物體轉(zhuǎn)換成可見光圖像，主要用于夜視條件下的光電成像。它包括變像管和像增加器。像管構(gòu)造示意圖如下，主要有三局部組成：光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、熒光屏。流〕;

1〔電子、電子成像：由電子光學(xué)系統(tǒng)完成〔類似于光學(xué)透鏡，其上加有高電壓，能將光電像管的工作過程：陰極發(fā)出的電子流加速，并聚焦成像在熒光屏幕上；像管的工作過程：3、增加亮度：高速電子流轟擊熒光屏后，屏幕發(fā)出的光要強(qiáng)于入射信號光，相當(dāng)于增加了圖像的亮度，對圖像做了二次轉(zhuǎn)換。電子光學(xué)系統(tǒng)電子透鏡靜電透鏡磁透鏡是靠靜電場和磁場復(fù)合場來完成聚焦成像。1、非聚焦型靜電透鏡〔近貼〕在陽極面上的全色電子束的最大彌散圓半徑為： R 2l m陰極與陽極之間的電位差Uu及極間距離l越l〔小于U，所以圖像一般較清楚。光學(xué)纖維面板 級間耦合幾乎全部承受纖維面板。像管一般入射于光電陰極的光是物體的反射光。對同一光源，陰極長波響應(yīng)大者，供給的初始比照度高。對同一陰極，不同的光源狀況(如星光和月光)，光源光譜偏向長波者，能供給較高的初始比照。由于光電陰極長波閾值總是大于眼睛，所以光電陰極所供給的初始比照度總是大于人眼。亮度增益：GL

LME E

像管輸出亮度LEv之比的π倍：Mlm/m2像管的傳像特性v到電子光學(xué)系統(tǒng)的影響。像管的時(shí)間響應(yīng)特性主要由熒光屏所打算。限制人眼區(qū)分力量的因素有三個(gè)：物體的亮度、視角、亮度比照度。第一代微光像增加Sb-Cs、Sb-K-Na-Cs、NEA等陰極制成的像管稱為像增加器，它能夠在微弱的自然光條件下實(shí)施觀看，所以又稱為微光像增加器或微光管。第一代微光管由三個(gè)單管串聯(lián)而成，成像質(zhì)量明顯提高。但仍工作于被動(dòng)觀看方式。主要缺點(diǎn)是有強(qiáng)光暈光現(xiàn)象。微通道板：是帶有很多微通道孔的薄板，厚1~2mm，每個(gè)微通道內(nèi)外表電阻很大，可106板像增加器，屬于其次代微光夜視器件。其次代微光管倍增效果好，像管體積小。CEM的材料目前主要有兩種：高鉛玻璃、陶瓷半導(dǎo)體。MCP的增益:1MCP,U增加而上升。2、在電壓確定時(shí)，G隨α的變化有一最正確值。在某個(gè)長徑比時(shí)，增益最大，即存在一個(gè)最正確長徑比。α＝45四周時(shí),增益最大。3、計(jì)算分析說明：U=22α?xí)r,G有極大值。由此,MCP1000V電壓為佳。460％以上。其次代微光像增加器承受了微通道板作為電子倍增器。MCP像增加器：光電陰極、MCP不倒像，圖像不放大。MCPMCP平面上，MCP與屏近貼，成倒像。三代微光管的特點(diǎn)：承受了雙近貼構(gòu)造，陰極、ＭＣＰ與熒光屏之間都為近貼構(gòu)造。GaAs/InGaAsNEA光電陰極。承受了高增益、低噪聲、長壽命的MCP。P電子輸入端面鍍了近m厚的離子阻擋膜損害。四代微光像增加器兩個(gè)特征：MCPMCP間承受自動(dòng)脈沖門控電源。1〕MCP2〕自動(dòng)脈沖門控電源作業(yè)：1、說明像管的構(gòu)造和工作原理。2、試說明在像管中，提高光電陰極長波響應(yīng)對增加比照度的意義。3，P-2050lm/W12KV，各級電子光學(xué)系統(tǒng)透過系數(shù)和放大率均為1，不考慮極間耦合損失的狀況下，試計(jì)算它對星光下綠色草木反射光的GL。第六章電荷耦合器件的根本原理MOS電容的電荷分布在肯定厚度的半導(dǎo)體外表層內(nèi)，這個(gè)帶電的層稱為空間電荷區(qū)。1、UG<0，多數(shù)載流子積存狀態(tài)2、UG>0〔反偏〕多數(shù)載流子耗盡。空間電荷區(qū)兩端的電勢差稱為外表勢，規(guī)定外表電勢比內(nèi)部高時(shí)，取正值。3、UG>0，連續(xù)增大。外表處能帶進(jìn)一步向下彎曲，這意味著外表處的電子濃度將超過空穴濃度而變得很高，即形成與原來半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的層，叫做反型層。4、UG>0，自由電荷進(jìn)入勢阱CCDMOS電容器的集成。CCD的勢阱深度和存貯電荷力量都是由外表勢所打算。外表勢與柵壓，氧化層電容，受主濃度以及勢阱中的自由電子濃度有關(guān)。電荷耦合原理CCD荷通常稱為電荷包。在提取信號時(shí)，需要將電荷包有規(guī)章地傳送出去，這一過程叫做CCD的電荷轉(zhuǎn)移，它MOS柵極在時(shí)鐘電壓作用下，以電荷耦合方式實(shí)現(xiàn)的。CCD器件根本構(gòu)造在實(shí)際的供電系統(tǒng)中，CCD依據(jù)轉(zhuǎn)移電極構(gòu)造〔外接脈沖相數(shù)〕的不同，分為二相、三相、四相構(gòu)造；CCD依據(jù)轉(zhuǎn)移信道構(gòu)造〔電荷轉(zhuǎn)移時(shí)所經(jīng)過的道路〕的不同，又分為外表溝道和體內(nèi)溝道構(gòu)造。目前常用的橫向限制方法有：溝阻集中〔或注入〕。電注入型輸入方法有很多〔保證線性轉(zhuǎn)移。主要有動(dòng)態(tài)電流積分法、二極管截止法、電位平衡法等。其中，電位平衡法應(yīng)用最廣泛。引起電荷包不完全轉(zhuǎn)移的緣由有：外表態(tài)對電子的浮獲、時(shí)鐘頻率過高、體內(nèi)缺陷對電荷包的作用，如自感應(yīng)電場、熱集中、邊緣電場等。其中前二者是主要緣由。CCD電荷貯存容量越大，處理電荷的力量就越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍就越好。CCD成像器件構(gòu)造包括光敏區(qū)、存貯電極、電荷轉(zhuǎn)移電極、CCD移位存放器、輸出機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。面陣CCD幀/場轉(zhuǎn)移(FT)、行間轉(zhuǎn)移(IT)、幀行間轉(zhuǎn)移(FIT)。2. 光電門+FD方式：優(yōu)點(diǎn)：噪聲小。掩埋型光電二極管+FD方式：優(yōu)點(diǎn)：較低的暗電流，且無電極材料吸取光的現(xiàn)象。作業(yè)：1CCD構(gòu)造說明電荷耦合轉(zhuǎn)換的原理。2、CCD器件的根本構(gòu)造包括哪些？3BCCDSCCD之間的區(qū)分。4、說明幀/CCD的工作原理。5CCD的工作原理。6CCDCMOS傳感器的特性。7、CCDCMOS圖像傳感器在儲存同時(shí)性方面有什么區(qū)分？1－答：電荷的耦合轉(zhuǎn)換過程分為四步如下：勢阱的形成如圖(a)，在三金屬柵極上加三相電壓V1、V2、V3，則在其外表下形成與電壓大小成線性關(guān)系的耗盡層，即所謂勢阱。電荷的存貯如圖(b)，假設(shè)V2電壓高于其他電壓，則它下面的勢阱比其他柵極下的勢阱要深，電荷存貯在里面形成電荷包。電荷的傳輸如圖(c)，假設(shè)在V3V2的電壓，則在V3V2下更從而使電荷得以傳輸。形成的存貯狀態(tài)如圖(d)，此時(shí)V1=V2，V3>V1。電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)位置。第八章利用熱效應(yīng)探測和觀看外來輻射而制成的器件稱為熱探測器。熱探測器的根本原理：分類：1〕直接利用輻射所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。依據(jù)溫度的變化來探測輻射，以溫度來度量熱。2〕利用輻射產(chǎn)生熱，熱能再轉(zhuǎn)換為電或磁效應(yīng)，通過對電或磁微測輻射熱計(jì)的工作原理：物體熱輻射經(jīng)過凸鏡聚焦，成像在熱敏探測器陣列上，熱輻出，就可以探測外界的熱輻射。微機(jī)械制成的微輻射計(jì)可以分為兩種構(gòu)造類型:單層構(gòu)造和兩層構(gòu)造。(讀出電路可以處在硅微橋下面)和更大的紅外光吸取率(在腔體下方產(chǎn)生一個(gè)共振光學(xué)腔)，這種構(gòu)造還可以削減熱傳導(dǎo)系數(shù)，起到微觀隔熱的效果。目前，微測輻射熱計(jì)主要是“兩層”構(gòu)造類型作業(yè)：1、紅外探測的兩種主要形式是什么？2、對于熱探測器，如何有效地提高溫升？3、概述微測輻射熱計(jì)的工作原理。4、簡述“兩層”微測輻射熱計(jì)陣列的微橋構(gòu)造的特點(diǎn)？第九章工作頻率高，靈敏度高，尤其在高溫、低溫探測領(lǐng)域是其他探測器件無法取代的。體也稱為極化晶體。極化強(qiáng)度和面束縛電荷發(fā)生變化，結(jié)果在垂直于極化方向的晶體兩個(gè)外外表之間消滅電壓，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。鐵電體具有電滯回線現(xiàn)象，是目前熱釋電探測器的重要組成材料。作業(yè)：1、什么是熱釋電效應(yīng)？為什么熱釋電探測器只能測量變化的或經(jīng)過調(diào)制的熱輻射？2、熱釋電探測器適合在什么樣的溫度區(qū)間工作，為什么？什么是光譜響應(yīng)率？依據(jù)器件與光源的光譜曲線說明光譜匹配系數(shù)α的意義。答：光譜響應(yīng)率：光電器件在單色(在波長λ四周一個(gè)很小的波長范圍里)輻射功率作用下產(chǎn)生的信號電壓或信號電流。光譜匹配系數(shù)反映了器件響應(yīng)的波長范圍同光源光譜的吻合程度，可用面積A1，A2表示，在光源固定的狀況下,A1是不變的,假設(shè)與曲線重合得愈多,A2愈大,α愈大，也就是光譜匹配愈好;反之,假設(shè)兩曲線沒有重合之處,α=0,即二者完全失配,則該光電器件對光源輻射沒有探測力量。什么是器件的最小可探測輻射功率和探測率？探測率表達(dá)式的意義如何？minNEPPmin

取倒數(shù)可作為衡量探測器探測力量的參數(shù)，稱為探測率。意義：表示探測器接收面積1cm21Hz時(shí)的單位入射輻射功率所產(chǎn)生的信噪比。半導(dǎo)體發(fā)生本征光吸取的條件是什么？答：本征吸取條件：光子的能量必需大于或等于禁帶的寬度Eg。什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？答：光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，吸取光子引起載流子濃度增大使電導(dǎo)率增加，這個(gè)現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。在外電場作用下就能得到電流的變化。結(jié)型光電探測器與光電導(dǎo)探測器的主要區(qū)分有哪些？答：結(jié)型光電探測器與光電導(dǎo)探測器的區(qū)分: 〔1〕產(chǎn)生光電變換的部位不同。，不需外加電壓也可把光信號變?yōu)殡娦盘枴?〕時(shí)間長，頻率響應(yīng)特性差。而結(jié)型探測器頻率特性好，靈敏度高。雪崩式光電二極管、光電三極管還有內(nèi)增益作用，可以通過較大的電流。光電二極管與光電池的主要區(qū)分是什么？答：光電二極管與光電池的主要區(qū)分：結(jié)面積大小不同，光電二極管的要小很多。結(jié)電容很小，頻率特性好；PNPN結(jié)工作在零偏置狀態(tài)下。而光電二極管工作于反PIN管的時(shí)間響應(yīng)特性為什么比一般光電二極管好？答：一般說，集中運(yùn)動(dòng)的速度比漂移運(yùn)動(dòng)的速度低得多，PIN管由于集中運(yùn)動(dòng)被抑制，所以響應(yīng)速度提高了。時(shí)間響應(yīng)特性主要取決于結(jié)電容和載流子渡越耗盡層所需要的時(shí)間。由于PIN耗盡層變寬，因此結(jié)電容變小了；同時(shí)由于I區(qū)電阻高，可承電壓高，電場強(qiáng)，載流子渡越耗盡層時(shí)間縮短了，所以時(shí)間特性變好了〔頻率帶寬可達(dá)10GHz〕。說明雪崩型光電二極管的工作原理和頻率特點(diǎn)。答：雪崩光電二極管原理：PN結(jié)加上相當(dāng)大的反向偏壓〔略低于反向擊穿電壓〕—高電場—光生載流子加速—晶格原子-載流子—晶格原子-載流子—雪崩式載流子倍增。頻率特點(diǎn)：載流子運(yùn)動(dòng)速度快，渡越時(shí)間短〔s量級，所以時(shí)間特性格外好，響應(yīng)頻率可達(dá)105MHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。簡述半導(dǎo)體光電放射的過程。答：將半導(dǎo)體光電放射的物理過程歸納為三步：半導(dǎo)體中的電子吸取入射光子的能量而被激發(fā)到高能態(tài)〔導(dǎo)帶〕上；這些被激發(fā)的電子在向外表運(yùn)動(dòng)的過程中因散射而損失掉一局部能量；A到達(dá)外表的電子抑制外表電子親和勢E而逸出。A什么是負(fù)電子親和勢光電陰極？(NEA)。說明光電倍增管的構(gòu)造組成和工作原理。答：光電倍增管構(gòu)造主要由四局部組成：光電陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)(光電陰極至第一倍增極的區(qū)域)，倍增系統(tǒng)(或稱打拿極系統(tǒng))、陽極(或稱收集極)。工作原理:光子透過入射窗N級倍增極倍增后，光電子就放大N次，最終由陽極收集形成光電流。光電倍增管的暗電流是指什么？引起暗電流的因素主要有哪些？流局部稱為該管的暗電流，即由非光照因素引起的一切電流稱為暗電流。引起暗電流有以下幾方面的因素：1)2)3)4)5)6)其他緣由。說明像管的構(gòu)造和工作原理。答像管構(gòu)造主要有三局部組成光電陰極電子光學(xué)系統(tǒng)熒光屏像管的工作過程：1、光電轉(zhuǎn)換：由光電陰極完成。微弱或不行見輻射圖像信號轉(zhuǎn)換成電子信號〔電子流; 2電子成像：由電子光學(xué)系統(tǒng)完成〔類似于光學(xué)透鏡，其上加有高電壓，能將光電陰極發(fā)出的電子流加速，并聚焦成像在熒光屏幕上；3、增加亮度：高速電子流轟擊熒光屏后，屏幕發(fā)出的光要強(qiáng)于入射信號光，相當(dāng)于增加了圖像的亮度，對圖像做了二次轉(zhuǎn)換。試說明在像管中，提高光電陰極長波響應(yīng)對增加比照度的意義。答：對同一光源，陰極長波響應(yīng)大者，供給的初始比照度高外延長的緣由。對同一陰極，不同的光源狀況(如星光和月光)，光源光譜偏向長波者，能度總是大于人眼。何為光學(xué)傳遞函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)？調(diào)制傳遞函數(shù)和比照度度傳遞的關(guān)系如何？M(f)=1,像和物的調(diào)制度一樣；M(f)=0,則不管物的調(diào)制度如何，像的調(diào)制度為0，即強(qiáng)度是均勻的一片，分M(f)<0,即經(jīng)過系統(tǒng)后，像的調(diào)制度降低了M〔f〕倍。與第一代微光管相比，其次代像增加器的優(yōu)點(diǎn)有哪些？答：(1)1/4~1/10。在軍用方面應(yīng)用具有重要意義。增益連續(xù)可調(diào)。由于它取決于MCP的長徑比、δ以及兩端所加電壓。有多的調(diào)整因素，可在很寬的外界照度范圍內(nèi)來轉(zhuǎn)變熒光屏的輸出亮度。(3)自動(dòng)防強(qiáng)光。MCP有電流飽和特性(每一個(gè)通道都有),這樣，當(dāng)有突然強(qiáng)光時(shí),每個(gè)視場都不致于產(chǎn)生過大的電流灼傷熒光屏，這種特性可以掌握住視場范圍內(nèi)某些強(qiáng)度大的亮點(diǎn)。5、何為微通道板？試對影響微通道板增益的相關(guān)因素進(jìn)展分析。答：微通道板：是帶有很多微通道孔的薄板，厚1~2mm，每個(gè)微通道內(nèi)外表電阻很大，可106的電子倍增。(1)、對于一個(gè)固定尺寸的MCP,增益隨所加電壓U增加而上升(2)、在電壓確定時(shí)，G隨α的變化有一最正確值。在某個(gè)長徑比時(shí)，增益最大，即存在一個(gè)最正確長徑比。α＝45四周時(shí),增益最大。(3)、計(jì)算分析說明：U=22α?xí)r,G有極大值。由此,MCP1000V電壓為佳。(4)、一般隨著開口面積增大，增益隨之增大?？墒褂脭U(kuò)口技術(shù)來提高開口面積?，F(xiàn)在開口面積一般在60％以上。6與二代微光管比較，說明三代微光管的構(gòu)造特征和性能。GaAs/InGaAsNEAMCP。MCP電子輸入端面鍍了近m厚的離子阻擋膜，以削減離子反響對陰極的損害。性能：(1)大大擴(kuò)展了長波閾，響應(yīng)格外均勻。如三元系材料InGaAs1.3μm，1.06μm波長激光的輻射。光譜靈敏度和積分靈敏度大大提高，量子效率η=30%，積分靈敏度達(dá)1500μA/lm。NEA陰極的光電子初能小，初能散布小，MTF60lp/mm。7四代微光像增加器的兩個(gè)特征是什么？MCP，并使光電陰極與MCP間承受自動(dòng)脈沖門控電源。1..CCD構(gòu)造說明電荷耦合轉(zhuǎn)換的原理？〔1〕勢阱的形成如圖)，在三金屬柵極上加三相電壓V1、V2、V3，則在其外表下形成與電壓大小成線性關(guān)系的耗盡層，即所謂勢阱〔2〕電荷的存貯如圖(b)，假設(shè)V2電壓高于其他電壓，則它下面的勢阱比其他柵極下的勢阱要深，電荷存貯在里面形成電荷包〔3〕電荷的傳輸如圖(c)V3V2的電壓，則在V3V2下更深的勢阱，由于電極間隔很小，相鄰兩勢阱將合并一起，電荷〔4〕形成的存貯狀態(tài)如圖(d)，此V1=V2，V3>V1。電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)位置。CCD器件的根本構(gòu)造包括哪些？答：轉(zhuǎn)移電極構(gòu)造、轉(zhuǎn)移溝道構(gòu)造、信號輸入構(gòu)造、信號輸出構(gòu)造。BCCDSCCD之間的區(qū)分。答：1)BCCD中傳遞信息的電子是NSCCD的是P層中少子。2)BCCD的信息電荷集中在半導(dǎo)體內(nèi)ZSCCD中的信息電荷是集中在界面處的BCCD3)BCCDSCCD1~2個(gè)數(shù)量級。說明幀/CCD的工作原理。1〕光積分：在一場圖像時(shí)間內(nèi)，光生信號電荷被收集在整個(gè)光敏區(qū)勢阱中，形成與光〔2〕幀轉(zhuǎn)移：在幀轉(zhuǎn)移脈沖作用下，光敏區(qū)的信號電荷平移到暫存區(qū)?！矌}沖過后，光敏區(qū)又處于其次場積分〕〔3〕行轉(zhuǎn)移：在行轉(zhuǎn)移脈沖驅(qū)動(dòng)下，暫存區(qū)將全部信號自下而上一行一行地轉(zhuǎn)