傳感器技術(shù)及其應(yīng)用(3)-wenkub
2022-11-03 10:44:30 本頁面
【正文】 ? ? CCD圖像傳感器 ? ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 2 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 光電效應(yīng) ? 外光電效應(yīng) ? 在光照射下 ,電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng) ,亦稱光電發(fā)射效應(yīng) 。若逸出電子的動能為 ,則由能量守恒定律有 2021 mv2012h v m v A?? 式中 ,m為電子的靜止質(zhì)量 ,m= 1031 kg。 這意味著每一種物質(zhì)都有一個對應(yīng)的光頻閥值 ,稱為紅限頻率 （ 對應(yīng)的光波長稱為臨界波長 ） 。 假設(shè)這些光子中只有一部分 (η)能激發(fā)電子 ,則入射光在光電面激發(fā)的光電流密度為 pePihv?? () 式中 ,η是量子效率 ,定義為光強生成的載流子數(shù)與入射光子數(shù)之比 ,它是波長的函數(shù) ,并與光電面的反射率 、 吸收系數(shù) 、發(fā)射電子的深度 、 表面的親和力等因素有關(guān) 。 為使光電流為零 ,必須加負的截止電壓 ,而截止電壓與入射光的頻率成正比 。 ? 這樣 ,單色光的輻射功率就可寫為 ? P（ ν） =A ip hν ? 式中： ip——光子流密度 （ 單位時間通過單位面積的光子數(shù) ） ； A——光子流通過的面積 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 7 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 量子力學(xué)指出 ,光的發(fā)射和吸收是與量子態(tài)間的躍遷過程相聯(lián)系的 ,在此過程中 ,光表現(xiàn)出其粒子性。 ? 光在半導(dǎo)體中傳播時的衰減 ,是半導(dǎo)體內(nèi)電子吸收光子后從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷的結(jié)果。 這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有 。 因此 ,在本征吸收時 ,每吸收一個光子 ,就產(chǎn)生一個電子 空穴對 。 根據(jù)半導(dǎo)體材料不同的禁帶寬度可得相應(yīng)的臨界波長 。當(dāng)光電導(dǎo)元件在一定強度的光的連續(xù)照射下 ,元件達到平衡狀態(tài)時 ,輸出的短路電流密度為 0 2cceP Uid h c? ? ? ??() 式中 ,η為內(nèi)光量子效率 (為光強生成的載流子數(shù)與入射光子數(shù)之比 ),μc為多數(shù)載流子的遷移率 ,τc為多數(shù)載流子壽命 ,d為兩電極間距 。若在 N型硅片摻入 P型雜質(zhì)可形成一 PN結(jié) ,如圖 。 當(dāng)光照射到 PN結(jié)上時 ,由于光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的短路電流 I0與光電導(dǎo)效應(yīng)()式相類似 ,即 0PIehc???? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 17 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 圖 PN結(jié)的電壓電流特性 飽 和 電 流IsI( 1 )( 2 ) 光 入 射 后U開 路 光 電 勢 U0短 路 光 電 流 I0 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 18 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 這個電流與 ()式所示電流方向相反 ,所以流經(jīng)結(jié)點的電流是二者之差 ,即 0(e x p 1 )seUI I IkT? ? ? 由此可見 ,當(dāng)有光照射時 ,電壓 電流特性向下方平行 移動 ,如圖 (2)所示 。 下面定量討論某一種光波長在硅中傳播的平均深度 ,為設(shè)計和制造光電三極管和二極管 ,提供理論依據(jù) 。cm2。 對可見光常用的有流明靈敏度和勒克斯靈敏度 。 因此 ,在測定靈敏度時規(guī)定光源是色溫度為 2856K的標(biāo)準鎢絲燈 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 27 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 相對光譜靈敏度 Sr(λ) ? 光譜靈敏度與最大光譜靈敏度之比稱為相對光譜靈敏度 ,即 ()()()r mSSS????式中 ,Sr(λ)是一無量綱函數(shù) ,也稱光譜特性 。 ? 光電器件的 S(λ)隨波長 λ而變化 ,且在某個波長 λm處有最大值 S(λm)。在光電器件說明書中列出的積分靈敏度值都是依據(jù)標(biāo)準輻射源的輻射來測定的 ,光電器件類型不同所用標(biāo)準輻射源也不同 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 33 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 歸一化探測率 D* ? 由于通量閥與光電器件靈敏面的面積的平方根成正比 ,在窄帶情況下通量閥與帶寬的平方根成正比 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 34 Anhui Science and Technology University 理學(xué)院 單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式 ? 轉(zhuǎn)換特性 Sz(t)和響應(yīng)時間 ? 當(dāng)入射輻射通量很小時 ,可以把光電器件看作線性系統(tǒng) ,并用
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1