20120416-第四章-光电检测器件及应用二
光电检测技术与应用-5半导体光电检测器件应用2
Φ
D1
D3
D5 A
K D2 D4 D6 RL I Φ U0
倍增极的结构形式：
a) 百叶窗式 b) 盒栅式
c) 直瓦片式
d) 圆瓦片式
二、光电倍增管 结构和工作原理：
阴极通常由逸出功较小的锑铯(se)或钠钾锑铯的薄膜组成. • 阴极接负高压； • 各倍增极的加速电压由直流高压电源经分压电阻分压供给；
一、光电管
（2）光电管的光谱特性 一般对于不同光电阴极材料的光电管，它们有不同的哄 限频率。因此他们可用于不同的光谱范围。而且，同一光电管 对于不同频率的光的灵敏度不同。
四、光电管
（3）光电管的光照特性
当光电管的阳极和阴极之间所加的
电压一定是，光通量与光电流之间的关 系称为光电管的光照特性。 曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特 性，光电流与光通量成线性关系； 曲线2表示锑铯阴极的光电管光照特 性，它呈非线性关系。光照特性曲线的
I 1 I 0 L X A 2L
３ L L
I0
P型层电流I1、I2：
N型层电流I0：
I 1 I 0
L X A 2L
X A
I 2 I 1 L I 2 I 1
29
四、光电位置敏感器件（PSD）
• PSD分为一维PSD和二维PSD。
• 一维PSD可以测定光点的一维位置坐标；
二维PSD可测光点的平面位置坐标。
达林顿管常用于功率放大器和稳压电源中。
晶闸管： 是四层三端器件，是 PNPN四层半导体结构。
17
三、光电耦合器件
被 测 物 体 发 光 器 件 光 敏 器 件
+
C
E
槽式光电耦合传感器应用
槽式光电耦合传感器示意图
光电器件检测技术的研究和应用
光电器件检测技术的研究和应用光电器件是一种广泛应用于光电技术领域的器件，包括光电二极管、光敏三极管、光电探测器等。
随着科技的不断进步，光电器件的应用越来越广泛，其中涉及到光电器件的检测技术愈发重要。
这篇文章将讨论光电器件检测技术的研究和应用。
一、光电器件检测技术的现状目前光电器件检测技术主要分为两类：非接触式检测技术和接触式检测技术。
非接触式检测技术主要应用于表面缺陷检测、尺寸、形状测量和表面光学性能等方面，例如，利用红外高清摄像机、激光扫描仪等技术实现无接触式三维测量。
而接触式检测技术主要应用于电学参数测量等方面，例如，使用接触式测试仪器测量光电流、光电导等参数。
在现代工业技术中，光电器件比重越来越大，也就使得光电器件检测技术变得更加重要。
例如，太阳能电池、LED灯等环保节能设备，光电器件的检测技术不仅可掌握生产质量，也是有效保证器件性能、可靠性的保障。
二、光电器件检测技术的研究方向光电器件检测技术的研究方向主要有以下几个方面：1、高效率和高精度的器件质量检测技术光电器件处理器制造过程中难免会存在一些质量问题，如位移、畸变、亮斑等问题，导致器件性能下降。
因此，如何开发高效率且高精度的器件质量检测技术，是光电器件领域中的一项关键任务。
目前，利用如激光扫描仪、高清显微镜、红外线相机等先进的检测仪器，可有效测量光电器件的尺寸、形状和光学特性等，但这些技术还需进一步完善。
2、器件参数的精确测量方法光电器件参数的测量是光电器件检测技术研究中的一个重要方面。
光电二极管、光敏三极管、光电探测器等器件的参数测试，对于开发和生产高效能的光电器件具有十分重要的作用。
目前，常见的光电器件参数检测主要是基于电学方法，例如，通过接触式、非接触式测试仪器等测量光电流、光电导等参数，但这些方法有时会给误差带来一定影响，因此还需发展更为精确的测试方法。
3、器件故障检测与统计分析技术光电器件的故障检测和统计分析技术，是保障设备安全、稳定运行的重要手段。
光电检测器件工作原理及特性
光电检测器件的应用
02
光电检测器件工作原理
光电转换原理是指光子与物质相互作用，将光能转换为电能的过程。在光电检测器件中，光子通过照射在光敏材料上，激发出电子-空穴对，形成光生电流或电压。
光电转换效率是衡量光电检测器件性能的重要参数，它与光敏材料的性质、光的波长和入射角度等因素有关。
光电转换原理
光电检测器件的光谱响应特性
光电检测器件对不同波长的光具有不同的响应能力，这种响应能力即为光谱响应特性。
总结词
光谱响应特性描述了光电检测器件在不同波长光线下的敏感度。不同类型的光电检测器件具有不同的光谱响应范围，例如硅光电二极管对可见光和近红外光敏感，而硒镉汞光电探测器则对中红外光敏感。了解光谱响应特性对于选择适合特定应用的光电检测器件至关重要。
光电检测器件通常由光敏材料、电极和封装结构组成。光敏材料是实现光电转换的核心部分，电极的作用是收集和传输光生电流或电压，而封装结构则起到保护和支撑器件的作用。
不同类型的光电检测器件可能在结构上有所差异，但它们的基本原理是相似的。
光电检测器件的基本结构
光电检测器件的工作过程通常包括光的吸收、电荷的分离和电流或电压的产生三个步骤。
总结词
光电检测器件在接收光信号时产生的随机波动，即噪声特性。
详细描述
噪声特性是评价光电检测器件性能的重要参数。常见的噪声源包括散粒噪声、热噪声和闪烁噪声等。低噪声光电检测器件能够在弱光信号下提供更高的信噪比，从而提高检测精度和灵敏度。了解和优化光电检测器件的噪声特性对于提高其性能和应用范围具有重要意义。
总结词
影响光电检测器件稳定性的因素包括材料、工艺、封装等。
详细描述
采用高品质的材料和先进的工艺技术可以制造出具有高稳定性的光电检测器件。此外，良好的封装和保护措施也可以提高器件的稳定性，使其在恶劣环境下仍能保持性能参数的稳定。
光电器件测试方法的研究与应用
光电器件测试方法的研究与应用一、引言光电器件作为一种新型电子元器件，广泛应用于通信、光电子、军事等领域。
随着市场需求的不断增长和技术的不断创新，对光电器件的测试要求也日益严格。
为了保障光电器件质量和生产效率，光电器件测试方法的研究与应用尤为重要。
二、光电器件测试方法的分类根据测试对象的不同，光电器件测试方法可分为光源测试、光电探测器测试、光纤传输测试等几大类。
1. 光源测试光源测试是指测试光源的亮度、波长、光束强度等参数。
光源测试的方法有很多种，最常用的是光谱仪和功率计的联合测试。
光谱仪可以测量光源的谱线和波长等参数，功率计可以测量光源的输出功率。
2. 光电探测器测试光电探测器测试是指测试光电探测器的性能指标，如响应时间、暗电流、线性度、灵敏度等。
光电探测器测试通常使用特制的测试装置，包括光源、波长选择器、光路、放大器、功率计等。
3. 光纤传输测试光纤传输测试是指测试光纤传输的性能指标，如损耗、带宽、折射率等。
光纤传输测试通常使用光时间域反射仪（OTDR）、光谱分析仪等设备进行测试。
三、光电器件测试方法的应用光电器件测试方法广泛应用于光通信、光电子、军事等领域。
以下是几个典型的应用案例。
1. 光通信领域光通信领域是光电器件测试的主要应用领域之一。
测试对象包括光源、光纤、光电探测器等。
测试方法包括时间域反射法、频域反射法、OTDR等。
2. 光电子领域光电子领域对光电器件的测试要求比较严格，测试对象包括光阵列、探测器阵列、光模块等。
测试方法包括光电参数测试、热学测试、机械测试等。
3. 军事领域军事领域对光电器件的测试要求也比较高，测试对象包括红外探测器、激光器等。
测试方法包括热学测试、光电性能测试、可靠性测试等。
四、结论随着光电器件在各个应用领域的广泛应用，对光电器件测试方法的要求也越来越高。
本文介绍了光电器件测试方法的分类和应用，并且从光通信、光电子、军事等领域分别列举了测试方法的具体应用案例。
光电器件测试作为一个新兴、高技术领域，有着广阔的发展前景和巨大的市场需求。
光电器件测试技术及其应用
光电器件测试技术及其应用第一章介绍光电器件指的是将光学和电子学技术相结合的器件，如半导体激光器、光电二极管、光电开关等。
这些器件广泛应用于通讯、医疗、测量、信息处理、光学传感等领域。
为了保证这些器件的性能和质量，需要对它们进行测试。
光电器件测试技术是指为了研究光电器件的各种物理、电学、光学、热力学等特性，采用各种手段进行实验检测，从而确保其性能和质量。
第二章光电器件的分类1.半导体激光器半导体激光器是一类利用半导体材料的电子结构产生激光的器件，广泛应用于通信、数据存储、医疗、工业和军事领域。
常用的测试指标有均匀度、光谱特性、光强、波长稳定性、散焦等特性。
2.光电二极管光电二极管是将光信号转换为电信号的器件，具有高灵敏度、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电子测量、医疗检测等领域。
常用的测试指标有响应速度、量子效率、噪声特性、幅度、时间响应等特性。
3.光电开关光电开关是利用光电效应实现光控开关的器件，常用于自动控制、仪表、测量等领域。
测试指标包括开关速度、发射功率、接受灵敏度等特性。
4.其他光电器件还有一些其他光电器件，如光电探测器、光电移频器、光电晶体等，均有各自的特性和应用领域。
测试指标根据器件的性质和用途而定。
第三章光电器件测试技术1.光学测试技术光学测试技术通常包括光谱分析、强度分析、相位分析、波长分析、散射分析和偏振分析等。
这些技术可以通过使用分光仪、衰减器、偏振片、反光镜、衍射光栅和气体激光泵浦系统等设备进行测试。
2.电学测试技术电学测试技术针对电光响应、电容、电压、电流等电学特性进行测试。
常用的测试设备有示波器、电流源、电压源和信号发生器等。
3.热力学测试技术热力学测试技术包括热扩散率、热导率、热膨胀、热惯性等特性测试。
常用设备有热电偶、热流量计、热像仪、热成像仪等。
4.机械测试技术机械测试技术可用于测试强度、硬度、刚度、弹性、疲劳等机械特性。
通常使用试验机、强度测试仪、扫描电镜、原子力显微镜等设备进行测试。
20190416-第四章-光电检测器件及应用二
根据奈奎斯特采样定理，定义图像传感器的最高分辨
率fm等于它的空间采样频率f0的一半，即：
fm
1 2
f0
21
固态图像传感器
3、暗电流 起因于热激发产生的电子-空穴对。电荷的积累时间越
长，影响越大。 暗电流产生不均匀总出现在固定图形、相同的单元上，
利用信号处理，把出现暗电流尖峰的单元位置存贮在PROM （可编程只读存贮器）中，就能消除影响。
高传输效率的光电耦合器，适用于直
接驱动和较低频率的装置中。
(c)
该形式采用功能器件构成的高速、高
传输效率的光电耦合器。
(d)
5
光电耦合器的特点
具有电隔离（１０１０－１０１２欧姆）功能； 信号传输单向（脉冲或直流），适用于模拟／数字信号； 具有抗干扰和噪声能力； 响应速度快（微／纳秒，直流－１０兆赫兹）； 使用方便，可靠性高，体积小，寿命长； 既有耦合特性，又有隔离功能；
限制了器件的灵敏度和动态范围。
4、灵敏度
指单位发射照度H下，单位时间、单位面积A收集的电量。
S NSq HAt
NS为t时间内收集的载流子数，单位为mA/W。
22
固态图像传感器
5、噪声 CCD是低噪声器件。 由于噪声叠加到信号电荷上，使信号电荷受到干扰。 噪声的来源有转移噪声、电注入噪声、信号输出噪
一、MOS光敏元的结构及原理
VG
栅极
金属
SiO2
P-Si
工艺： 先在P-Si片上氧化一
层SiO2介质层，其上再沉积 一层金属Al作为栅极，在 P-Si半导体上制作下电极。
半导体与SiO2界面电荷分布图
17
固态图像传感器
1、势阱的形成 给栅极加VG正脉冲，金属电极充一些正电荷； 电场将P-Si的SiO2界面附近的空穴排斥走， SiO2附近出
第四章-_光电检测技术——热电器件
测量辐射能的热电偶称为辐射热电偶，它
与测温热电偶的原理相同，结构不同。如
图5-6（b）所示，辐射热电偶的热端接收
入射辐射，因此在热端装有一块涂黑的金 箔，当入射辐射能量 We 被金箔吸收后， 金箔的温度升高，形成热端，产生温差电 势，在回路中将有电流流过。图5-6（b）
之和。即 W eC Qdd TtG Q T
设入射正弦辐射能量为 We W0ejt
则 C Qdd TtG Q TW 0ejt (2)
若选取刚开始辐射器件的时间为初始 时间，则此时器件与环境处于热平衡 状态，即t = 0,ΔT = 0。将初始条件代入 微分方程(2)，解此方程，得到热传导 方程为
GQt
第一节 热电检测器件的基本原理
一、热电检测器件的共性
热电传感器件是将入射到器件上的辐射能转 换成热能，然后再把热能转换成电能的器 件。输出信号的形成过程包括两个阶段：
第一阶段为将辐射能转换成热能的阶段
（入射辐射引起温升的阶段），是共性的， 具有普遍的意义。
第二阶段是将热能转换成各种形式的电能 （各种电信号的输出）阶段，是个性阶段
式中, C th 为热电堆的热容量， Rth 为热电堆的热阻抗。
从上二式可看出：若使高速化和提 高灵敏度两者并存，就要在不改变
R th 的情况下减小热容 。热阻抗
由导热通路的长和热电堆以及膜片 的剖面面积比决定。
四、使用热电偶的注意事项
（1）不许强辐射照射，Φmax<几十微瓦 （2）电流<100μA，一般在1μA以下，不要
①负温度系数的热敏电阻 RT ReBT(4-27)
②正温度系数的热敏电阻
(4-26)
RT R0eAT
光电检测技术和实际应用半导体光电检测器件实际应用
光
向N区，光生空穴被留在P区。 I N区带负电，P区带正电，形成光生电动势。P N
光电检测技术和实际应用半导体光光电池的工作原理示意图
电检测器件实际应用
1.2. 光电池的特性参数 (1)光照特性：
光电检测技术和实际应用半导体光 电检测器件实际应用
2 光敏电阻特性参数
2.5. 温度特性
光敏电阻受温度影响较大： 当温度升高时，它的暗电阻会
下降。 温度变化对光谱特性有很大影响：
光谱温度特性曲线的峰值随着 温度上升向波长短的方向移动。
为了提高精度、为了能接受远 红外光而采取降温措施。
光电检测技术和实际应用半导体光 电检测器件实际应用
采用光敏电阻控制的路灯自动控制电路
光电检测技术和实际应用半导体光 电检测器件实际应用
3 光敏电阻的应用
晚上光线很暗，CdS 光敏电阻阻值很大，流过J的电流很小，使 继电器J不动作，路灯接通电源点亮。
早上，天渐渐变亮，即照度逐渐增大，CdS光敏电阻受光照 后，阻值变小，流过J的电流逐渐增大，当照度达到一定值时， 流过继电器的电流足以使J动作，使其闭合，其常闭触点断开， 路灯熄灭。
Isc /mA
Uoc/V
0.5
开路电压
0.4
0.3
0.3
短路电流 0.2
0.1
0.1
01 2 3 4 5 L/klx
(b) 硒光电池
当照度为2000lx时趋向饱和
光电检测技术和实际应用半导体光 电检测器件实际应用
1.2. 光电池的特性参数
光电池在不同照度下，其内阻也不同。
I/mA
光电检测器件工作原理及特性通用课件
理想情况下，光电检测器件的输出信号与输入光信号之间应该呈线性关系。然而，在实际应用中，由 于各种因素的影响，这种线性关系可能会受到破坏。线性度越高，说明光电检测器件的输出信号与输 入光信号之间的线性关系越好，从而能够更准确地反映光信号的变化。
光电检测器件的线性度
总结词
影响光电检测器件线性度的因素包括光 斑形状、光照不均匀等。
声水平，从而提高信噪比和灵敏度。
优化光电检测器件的光谱响应特性
选用合适的光谱响应波段
根据应用需求，选用适合的光谱响应波段，以提高对特定光谱的 检测能力。
采用干涉滤光片
通过在光电检测器件表面镀制干涉滤光片，实现对特定光谱范围的 筛选和优化。
优化材料的光吸收特性
通过调整材料的组分和结构，优化其光吸收特性，提高光电检测器 件的光谱响应范围和响应度。
光电检测器件工作原 理及特性通用课件
xx年xx月xx日
• 光电检测器件概述 • 光电检测器件工作原理 • 光电检测器件特性 • 光电检测器件性能参数 • 光电检测器件的优化与提高 • 典型光电检测器件介绍
目录
01
光电检测器件概述
光电检测器件的定义与分类
定义
光电检测器件是指能够将光信号转换为电信号的器件，其工作原理基于光电效 应。
光电检测器件的噪声特性
噪声等效功率NEP
描述光电检测器件输出信噪比为1时所需的入射光功率。NEP越低，表示器件的 噪声性能越好，能够检测到更微弱的光信号。
信噪比
描述光电检测器件输出信号与背景噪声的比值。高的信噪比意味着更好的信号识 别和测量精度。
04
光电检测器件性能参数
光电检测器件的灵敏度
总结词
分类
光电检测器件可以根据工作原理、波长范围、响应速度、光谱特性等进行分类， 如光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电池、光电二极管、光电晶体管等。
光电测量与光电器件的应用
光电测量与光电器件的应用近年来，随着科技的飞速发展，光电测量技术逐渐成为研究和应用领域中不可或缺的一部分。
光电测量是通过光电传感器将光信号转化成电信号，并对其进行测量和分析的过程。
光电器件则是实现光电测量的关键组成部分。
本文将探讨光电测量与光电器件的应用于生活、医疗、环保及航天等领域，展示其广泛的应用前景。
首先，光电测量与光电器件在生活中扮演着重要的角色。
无论是日常生活中的智能手机、电视还是工业生产中的自动化装置，光电测量的应用都无处不在。
例如，光电传感器可以用于智能家居中的光控灯，根据光线强度自动调节灯光的亮度，为用户提供舒适的照明环境。
此外，随着无人驾驶的快速发展，光电测量技术也被广泛应用于交通系统中。
激光雷达等光电器件的运用，使得车辆可以精确感知周围环境，提高了行驶的安全性和准确性。
其次，光电测量与光电器件在医疗领域的应用也越来越广泛。
医疗器械的发展依赖于精确可靠的测量技术，而光电测量正是满足这一需求的理想选择。
比如，光电传感器可以用于血氧饱和度的测量，通过检测血液中的光线吸收和反射来监测患者的健康状况。
此外，激光技术在医疗领域也有广泛的应用。
激光在手术中的切割、焊接和照射方面具有卓越的性能，能够实现高精度和微创操作，降低了手术风险，提高了手术成功率。
光电测量与光电器件的应用还延伸到了环保领域。
随着全球环境问题的不断加剧，研发可持续发展的环保技术成为当务之急。
光电测量技术的广泛应用为环境监测和处理提供了有效手段。
例如，太阳能电池是一种将光能转化为电能的光电器件，通过捕获太阳能并将其转化为可再生能源，为环保事业做出了贡献。
另外，光电传感器还可以用于空气污染检测和废水处理等方面，实时监测和控制环境中有害物质的浓度，确保环境质量的改善。
最后，光电测量与光电器件的应用也广泛存在于航天领域。
在航天飞行器的制造和运行中，精确的测量和控制是保证任务安全和成功的关键。
激光测距仪等光电器件被广泛用于飞行器的姿态测量和导航。
光电器件及其应用研究
光电器件及其应用研究随着科技的不断发展，光电器件越来越受到人们的重视。
在今天的社会中，光电器件已成为一种重要的技术手段，广泛应用于各个领域。
本文将从光电器件的概念、分类，以及其应用研究等方面进行阐述。
一、光电器件的概念光电器件是指具有光电转换功能的器件，能够将光能转换为电子能，或者将电子能转换为光能。
光电器件的诞生和发展，极大地影响了人们的生产和生活，它被广泛地应用于各个领域，包括通信、能源、医学等领域。
光电器件根据其所使用的物理原理可以分为光电探测器、光电转换器、光电发射器和光电显示器等。
二、光电器件的分类1. 光电探测器光电探测器主要用于将光能转换为电能，它可以将光波转换为电信号，在物理实验、光纤通信、遥感有着广泛的应用。
根据其内部元器件的工作原理，光电探测器可以分为光敏二极管、光电倍增管、光电导管等。
2. 光电转换器光电转换器是一种可以将电能转化为光能的器件，可以将电能转换为激光光束或光纤信号。
它广泛应用于激光加工、通信和照明等领域。
根据其内部元器件的工作原理，光电转换器可以分为激光二极管、光电晶体管、发光二极管等。
3. 光电发射器光电发射器主要用于将电能转化为光能，可以将电信号转换为光脉冲信号，广泛应用于光通信和光纤传感器。
根据其内部元器件的工作原理，光电发射器可以分为半导体激光、LED光源等。
4. 光电显示器光电显示器是指一种能够将电波转换为光波的器件，它使人类可以在三维空间中观察到图像或视频。
其应用领域非常广泛，特别是以消费类电子产品为主的领域，市场需求非常大。
根据其内部元器件的工作原理，光电显示器可以分为致发光二极管、点阵显示器等。
三、光电器件应用研究光电器件在各个领域的应用研究非常多，以下是其中一些典型的应用领域：1. 光通信光通信是指利用光信号进行通信的一种方式，光电器件在该领域有着广泛的应用。
例如，光纤通信要通过光电转换器将电信号转换为光信号，再通过光纤传输到接收端进行再次光电转换。
《光电测试技术》PPT课件 (2)
与测量有关的两个参数
(1) 暗电流
光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍 会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。光电倍 增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部 分组成。
当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，
但是当光信号非常弱，以至于阳极信号电流很小甚至和暗 电流在同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的 准确性。
所谓的热电效应，是当受热 物体中的电子(洞)，因随着温度梯度 由高温区往低温区移动时，所产生电 流或电荷堆积的一种现象。而这个效 应的大小，则是用称为thermopower(Q) 的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为 因电荷堆积产生的电场，dT则是温度 梯度)。
自然界热电效应明显的物质
明矾石Alunite六方晶系KAl3(OH)6(SO4)2为含氢氧根的钾， 钠，铝硫酸盐矿物，其解理面呈珍珠光泽，其余的面呈玻璃光泽。 硬度3.5~4，条痕白色，比重2.58~2.75，有灰，白，稍黄，稍红等 颜色.具强烈的热电效应，不溶于水，几乎不溶于盐酸，硝酸，氢 氟酸和氨水等，但能溶于强碱及硫酸或高氯酸.明矾石为不规则矿 床及矿脉，大屯山火山群之明矾石成细粒结晶而与石英，蛋白石及 粘土矿物共生，有些成脉状，有些交代安山岩中之基质及结晶.金 瓜石之明矾石，在矿床及变质围岩中呈粒状或鳞片状产出。为明矾 及硫酸钾的来源，另可提炼铝及造纸，食品加工，净水剂，染料等 用途.空气负离子技术。
尔帖热，用符号
表示。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体
在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不
同的材料中处于不同的能级，当它从高能级
向低能级运动时，便释放出多余的能量；相
反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收 能量。能量在两材料的交界面处以热(的4)形式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体表面处于非平衡状态，表面有贮存电荷的能力。
将表面的这种状态称为电子势阱或表面势阱。
18
固态图像传感器
2、电子的堆积 光照MOS电容器时，产生电子空穴对，少子电子会被吸收 到势阱中； 光强越大，势阱中收集的电子数就越多；
MOS电容器实现了光信号向电荷信号的转变。
若给光敏元阵列同时加上VG，整个图像的光信号同时变 为电荷包阵列，反映图像的明暗程度。
VG
栅极 金属 SiO
工艺： 先在P-Si片上氧化一
2
层SiO2介质层，其上再沉积 一层金属Al作为栅极，在 P-Si半导体上制作下电极。
P-S i
半导体与SiO2界面电荷分布图
17
固态图像传感器
1、势阱的形成 给栅极加VG正脉冲，金属电极充一些正电荷； 电场将P-Si的SiO2界面附近的空穴排斥走， SiO2附近出 现耗尽层；
输运电子路径,实现电子的转 移。
P - Si
电子转移示意图
20
固态图像传感器
三、CCD图像传感器的特性参数
1、转移效率
当CCD中电荷包转移时，若Q1为转移一次后的电荷量，
Q0为原始电荷，转移效率定义为： 2、 分辨率 指分辨图像细节的能力，光像的两个相邻光强度最大 值之间的间隔，主要取决于感光单元的尺寸和间隔。 根据奈奎斯特采样定理，定义图像传感器的最高分辨 率fm等于它的空间采样频率f0的一半，即：
19
固态图像传感器
二、电荷转移原理
若两个相邻MOS光敏元加的栅压分别为VG1、VG2，且
VG1<VG2。 因VG2高，表面形成的负离子多，则表面势φ 2>φ 1, 则
VG2吸引电子能力强，形成的势阱深，则1中电子有向2中下
移的趋势。 若串联很多光敏元，且使
V G1 V G2 S iO 2
VG1<VG2<„„<VGN,可形成一个
14
固态图像传感器
固态图像传感器 v CCD图像传感器： CCD图像传感器 MOS图像传感器
用CCD的光电转换和电荷转移功能制成的。
CCD（charge-coupled devices)电荷耦合器件。 v MOS图像传感器： 用光敏二极管与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或 电流信号的，又称自扫描光电二极管列阵（SSPA）。
3.2.4 光电耦合器件
将发光器件与光电器件组合成一体，以光作媒质把输入端 得到信号耦合到输出端的器件。
分类
光电隔离器：电气隔离、消除噪声 光电传感器：检测物体位置、有无
发光器件：
发光二极管、半导体激光器、微形钨丝灯
光电器件： 光电二极管、光电三极管
光敏电阻、光电池
1
3.2.4 光电耦合器件
光电隔离器的类型
6
光电耦合器的特性参数
主要特性：传输特性和隔离特性 直流电流传输比
是指直流工作状态下，耦合器件中光电器件的输出电流与发 光原件输入电流之比。
Q
I CQ I FQ *100%
工作点的选择不同，电流传输比不同。 交流电流传输比
~
~
I C I F
*100%
7
光电耦合器的特性参数
21
固态图像传感器
3、暗电流 起因于热激发产生的电子-空穴对。电荷的积累时间越
长，影响越大。
暗电流产生不均匀总出现在固定图形、相同的单元上，
利用信号处理，把出现暗电流尖峰的单元位置存贮在PROM （可编程只读存贮器）中，就能消除影响。
限制了器件的灵敏度和动态范围。
4、灵敏度 指单位发射照度H下，单位时间、单位面积A收集的电量。
+
E
C
槽式光电传感器器示意图
槽式光电传感器实物图
光电耦合器的电路符号
3
光电耦合器件的结构
金属密封型
塑料密封型
绝缘玻璃 发光二极管 发光二极管 塑料光敏三极管源自透明绝缘体 (a)金属密封型
透明树脂
光敏三极管 (b)塑料密封型
采用金属外壳和玻璃绝缘的结 构，在其中部对接，采用环焊 以保证发光二极管和光敏二极 管对准，以此来提高灵敏度。
采用双列直插式用塑料封装的结 构。管心先装于管脚上，中间再 用透明树脂固定，具有集光作用 ，故此种结构灵敏度较高。
4
光电耦合器的组合形式
该形式结构简单、成本低，通常用
(a)
于50kHz以下工作频率的装置内。 该形式采用高速开关管构成的高速光 电耦合器,适用于较高频率的装置中。
(b)
该组合形式采用了放大三极管构成的 高传输效率的光电耦合器，适用于直 接驱动和较低频率的装置中。
二极管型
三极管型
达林顿型
晶闸管驱动型
达林顿管： 又称复合管，是将二只三极管连接在一起，组成一只等效 的新的三极管。这个等效三极管的放大倍数是二者之积。
达林顿管常用于功率放大器和稳压电源中。
晶闸管： 是四层三端器件，是 PNPN四层半导体结构。
2
3.2.4 光电耦合器件
被 测 物 体
发 光 器 件
光 敏 器 件
最高工作频率 f m 取决于发光器件和光电器件的频率特性。 光电耦合器件的频率特性测试电路： 输入等幅度的可调频信号，当测得输出信号电压的相 对幅值降至0.707时，所对应的频率。
8
光电耦合器的抗干扰特性
光电耦合器件能抑制尖脉冲及各种噪声等干扰，实现信 息传输的高信噪比。 原因如下： 输入阻抗很低； 干扰源的内阻很大，形成的电流很微弱；
器件密封包装，不受外界光的干扰；
器件寄生电容很小，绝缘电阻很大，很难通过器件的 反馈引入干扰。
9
光电耦合器件的应用
代替脉冲变压器，可以耦合从零到几兆赫兹的信号，失真 小； 代替继电器，做光电开关用； 把不同电位的两组电路互连，完成电平匹配和电平转移； 电流驱动器件与光驱动器件相结合，实现高信噪比； 作为计算机主机运输部与输入／输出端的接口，提高计算 机的可靠性； 在稳压电源中作为过流保护器件，简单可靠。
(c)
该形式采用功能器件构成的高速、高
传输效率的光电耦合器。
(d)
5
光电耦合器的特点
具有电隔离（１０１０－１０１２欧姆）功能；
信号传输单向（脉冲或直流），适用于模拟／数字信号；
具有抗干扰和噪声能力； 响应速度快（微／纳秒，直流－１０兆赫兹）； 使用方便，可靠性高，体积小，寿命长； 既有耦合特性，又有隔离功能；
15
固态图像传感器
特点：
v
高度集成，包括光电信号转换、信号存储和传输、处理。
v 以电荷转移为核心。 v 体积小、重量轻、功耗小、成本低。 v 广泛用于图像识别和传送。 分类： v 电荷耦合器件(CCD) v MOS型图像传感器(自扫描光电二极管阵列)
v 电荷注入器件
16
固态图像传感器
电荷耦合器件（CCD） 将光信号变为电荷包，以电荷包的形式存贮和传递信息。 又称为“排列起来的MOS电容阵列” 。 一、MOS光敏元的结构及原理
23
谢 谢！
24
NS为t时间内收集的载流子数，单位为mA/W。
22
固态图像传感器
5、噪声
CCD是低噪声器件。
由于噪声叠加到信号电荷上，使信号电荷受到干扰。
噪声的来源有转移噪声、电注入噪声、信号输出噪 声、散粒噪声等。 前三种可以采用有效措施来降低或消除，但散粒噪 声不能消除，决定了图像传感器的噪声极限值。在低照 度、低反差下应用时更为显著。
光入射位置XA： P型层电流I1、I2： N型层电流I0：
I 1 I 0 L X 2L
A
I 1 I 0
L X 2L
A
X A
I 2 I 1 I 2 I 1
L
12
13
3.2.5 光电位置敏感器件（PSD）
PSD分为一维PSD和二维PSD。
一维PSD可以测定光点的一维位置坐标； 二维PSD可测光点的平面位置坐标。
10
3.2.5 光电位置敏感器件（PSD）
用途： ＰＳＤ是一种可直接对其光敏面上的光斑位置进行 检测的光电器件，可构成非接触高精度动态测量系统。 工作原理：
当入射光点落在器件感光面的不同位置时，PSD将对
应输出不同的电信号。 入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均 无关。
11
3.2.5 光电位置敏感器件（PSD）