南理工光电子器件习题集

《光电子器件》（第2版）
习题集
汪贵华编
南京理工大学
2014年3月
1．什么是光谱响应特性曲线？什么是光谱匹配系数？其有何意义？ 2．什么是器件的最小可探测辐射功率和比探测率？它有何意义？ 3．一正方形半导体样品，边长1mm ，厚度为0.1mm ，用能量为3eV ，光强为0.96mW/cm 2的光照射在该正方形表面，其量子效率为1，设光生空穴全部被陷而不能运动，电子寿命τ
n =10
-3
s ，电子迁移率μ
n
=100cm 2
/V.S ，光照全部被半导体均匀吸收，求:
（1） 样品中电子空穴对的产生率（/cm 3.S ）及每秒产生电子空穴对数（/s ）；
（2） 定态时样品中的光电子数及浓度（个/整个样品，个/cm 3）； （3） 样品光电导率及光电导（
Ω
∙Ω1
1cm ）；
（4） 若样品加30V 的电压在正方形侧面，求光生电流； （5） 光电导的增益。

4．填充下列表格：
5．光敏电阻的暗电阻为600
K，在200lx的光照下亮暗电阻之比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。

6．某光电导器件的特征曲线如图1，用该器件控制一继电器，使用30V 的直流电源，器件在400lx的照度下有10mA的电流即可使继电器吸合，无光照时释放，试画出控制电路，计算暗电流和所需串联电阻。

Array
图1 光敏电阻随光照度的变化关系
7．试述光生伏特效应。

要求画出能带图并推导有关公式。

8．用波长为0.83μm，强度为3mW的光照射在硅光电池，设其反射系数为15%，有效量子效率为0.8，并设这些光生载流子能到达电极。

（1）求光生电流；
（2）当反向饱和电流为10-8A时，求T=300K时的开路电压。

（3）太阳能光电池效率低的原因是什么？论述提高太阳能光电池的效率的方法。

9．已知2CR太阳能光电池的参数为UOC=0.54，ISC=50mA，要用若干个这样的光电池合起来对0.5A，6V的蓄电池充电，应组成怎样的电路，
需要多少个这样的电池（充电电源电压应比充电电池电压高1V左右）。

10．为什么结型光电器件只有反偏或零偏置电压时才有明显的光电流？
11．某光电二极管的结电容为5pF，要求带宽为10MHz，求允许的最大负载电阻是多少？
12．说明PIN管的工作原理（包括能带图）。

PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？
13．说明雪崩型光电二极管结构、工作原理和特性。

14．画出光电三极管的能带图，并说明光电三极管的工作原理和特性。

15.简要填写下表：
16.用波长为589.3nm光照某光电材料，其发射电流的灵敏度为100μA/lm，该材料的逸出功为1.4eV，求该材料的光谱量子效率，波长阈值，光电子最大初速？（在589.3nm处相对光谱视效率为0.82）。

17. 试述半导体光电发射的三步物理过程，并比较金属和半导体光电发射的差别。

18. 简要填表
19． 说明光电倍增管的结构组成和工作原理。

20．
某光电倍增管有10个倍增级，每个倍增级的二次电子发射系数
δ=4，阴极灵敏度为R K =200μA/lm ，阳极电流不得超过10mA ，试估计入射阴极的光通量的上限。

如阳极噪声电流为4nA ，求该管的噪声等效功率。

如该管阴极暗电流为A 11103-⨯，负载电阻很大，求该管的可探测最小光通量。

取1+B=2.5，Δf=1HZ 。

影响光电倍增管有效测量光功率的上限和下限的原因有哪些？ 21．
画出光电倍增管电阻电容简明连接图，并说明电阻链的电阻值
如何选取？最后几级的旁路电容的作用是什么？ 22． 说明像管的结构和工作原理。

23． 说明近贴型电子光学系统所加电压和极间距离与像质的影响。

24．
说明等径双圆筒结构使电子成像的原理。

25．某三级级联像增强管，三个光电阴极均为S-25，它对标准光源的积分灵敏度R=400μA/lm，三个荧光屏均为P-20，它的发光效率为50 lm/W，各级电压均为12KV，各级电子光学系统通过系数为1，各级放大率为1，不考虑极间耦合损失的情况下：
a)计算它对星光下绿色草木反射光的亮度增益G L。

b)亮度增益的来源是什么？
c)说明提高阴极长波响应对增加对比度和G L的意义。

26．试说明背景亮度产生的原因及影响，以及减少的方法。

对比恶化系数与入射光有何关系？
27．何为光学传递函数、调制传递函数、对比传递函数、相位传递函数？
28．正弦物函数输入像管，说明其输出像的特征。

29．何为微通道板？微通道板的噪声有哪些？解释微通道板的电流饱和特性。

30．画出二代像增强器的两种结构，说明各自的特点。

31．与二代微光管比较，说明三代微光管的优缺点。

32．说明四代微光像增强器的结构特点，与三代管比较，它有哪些特点？
33．为什么摄像管要进行光电积累？光电积累的时间是多少？34．说明电视系统光电转换、电光转换的特性。

35．说明PbO靶视像管的结构和工作原理。

36．从MOS结构基本过程和能带出发，解释MOS结构如何成为CCD的。

表面势与其他参量的关系怎样？
37．试用三相CCD的结构说明电荷耦合转移的工作原理。

38．说明二相CCD的结构和通道横向限制的方法。

39．说明BCCD的结构工作原理和特性。

40．说明电位平衡法输入结构、工作原理和特性。

41．画出浮置扩散层输出的结构图，并说明其工作原理。

42．以TCD102C为例，说明线阵CCD的工作原理。

43．说明帧/场转移面阵CCD的工作原理。

44．说明行间转移结构CCD的工作原理。

45．简述PN结光电二极管CMOS图像器件的结构和基本原理。

46．以MOS光电门方式的CMOS成像器件为例，说明CMOS固体成像器件的结构与工作原理。

47．试述掩埋型光电二极管方式的CMOS固体成像器件的结构与工作原理。

48．比较CMOS成像器件与CCD成像器件的特性。

49．说明SPRITE探测器的工作原理及完全读出的条件。

50．IRFPA与CCD、SPRITE的比较。

致冷型红外探测器的基本原理是什么（四种）？
51．致冷型红外焦平面阵列的结构形式有哪几种？
52．画出PtSi肖特基势垒的能带，及其红外探测器的基本结构。

该结构有何特点？
53．试述热探测器与光子探测器的区别。

54．说明热传导方程的物理意义，如何有效地提高温升和温度响应率？
55．微测辐射热计焦平面阵列的探测原理是什么？
56．微测辐射热计红外焦平面阵列的微桥结构有何特点？是如何制作的？
57．解释热释电效应、电滞回线和热释电系数。

为什么热释电探测
器只能测量调制的或变化的热辐射？ 58．
设TGS 热释电器件的数据为：灵敏度面积A=1mm 2，热释电系
数为128102--⋅∙⨯K cm C ，吸收系数1=α，辐射调制频率f=10Hz ，热传导系数16106--⋅⨯=K W H ，热容151064.1--⋅⨯K J ，电路负载电阻R=7M Ω，热释电器件的等效电容C D =22PF ，求电流响应率R 1，和电压响应率R u 。

59． 热释电成像器件有哪两种基本结构形式？简单画出其结构图。

60．
说明图2热释电阵列器件的工作原理。

VDD
VDD
VDD
A11A10
A6
V 0
图2 热释电阵列器件的基本结构
61．说明紫外光波长范围划分。

太阳的紫外光通过大气时有何特征？
62．简述中紫外光的衰减特性。

63．同红外探测系统相比，用中紫外进行导弹发射探测有何优点64．说明紫外光电阴极的光电发射特性。

65．说明GaN基的PIN结构的探测器的基本结构。

66．说明MEM结构的紫外探测器的能带图。

铟封技术是怎样的？67．什么是连续X射线？什么是特征X射线谱。

68．说明X射线透视成像的基础。

69．说明X射线成像器件的分类。

70．画出CsI/MCP反射式X射线光电阴极结构。

71．X射线发射电子的过程是什么？
72．画出透射式X光阴极的结构。

73．画出X射线像增强器（大头管）的基本结构。

说明其基本工作原理。

74．直接数字X射线成像器件的探测器的基本结构是怎样的，简要画图。

并说明其工作原理。

75．通过比较，说明直接数字X射线成像器件的探测器的分辨率高的原因。

76．简述直接数字X射线成像器件的基本原理。