光电技术课件

半导体光电检测器件第一节光敏电阻原理及结构特性参数特点典型电路一、原理及结构1、原理：光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。对于本征型，可用来检测可见光和近红外辐射对于非本征型可以检测波长很长的辐射2、结构：组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。三种形式⑴梳状式玻璃基底上蒸镀梳状金属膜而制成；或在玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽，在槽内填入黄金或石墨等导电物质，在表面再敷上一层光敏材料。如图所示。绝缘基底光电导体膜⑵刻线式在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔，将其刻划成栅状槽，然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。其结构如下图所示。注意：与梳状式的区别⑶涂膜式在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构如右下图所示。2、光敏电阻在电路中的符号二、特性参数1、光电流及增益无光照时流过器件的电流称暗电流，由入射光引起的称光电流。

增益可理解为：样品中每产生一个光生载流子所构成的流入外电路的载流子数。

若G>1,即单位时间流过器件的电荷数大于器件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。增益系数：光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。由上式可知：①、减小样品长度可以大大提高增益；②、增加载流子的寿命也可提高增益。光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。2.光电导灵敏度定义为光电导与输入光照度E之比。

：光电导（西门子S）

E

：照度（勒克斯lx）：入射通量（流明lm)注意：灵敏度与光电增益的区别（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。（2）增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。材料特性结构参数3、光电特性：光电流与照度的关系：：光照指数：电压指数由图可知：（1）弱光时，与照度成线性关系即得（2)强光时，光电流与照度成抛物线，即得强光照下光电特性的分析：光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈饱和趋势。（冷却可以改善）4、伏安特性：在一定的光照下，光电流与所加电压的关系

一定的光照下，与电压的关系;

相同的电压下，与光照的关系

说明：（1)光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数半导体，当电场强度超过（强光时），不遵守欧姆定律。硫化镉例外，其伏安特性在100多伏就不成线性了。（2）光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工作，其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率又和其面积大小、散热情况有关。（3）伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点。5、温度特性：温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度、光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵敏度，必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导体受温度影响更明显。6．前历效应

指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。

暗态前历效应：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后光电流上升的越慢程度。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。1-黑暗放置3分钟后

2-黑暗放置60分钟后

3-黑暗放置24小时后亮态前历效应：光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。其效应曲线如下图所示。7、暗电阻和暗电流：光敏电阻在黑暗时的阻值称为暗电阻，一般情况下，暗电阻都大于10兆，受光照时的阻值称为亮阻。暗阻与亮阻的比值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越大，灵敏度越高。8、时间频率响应：时间特性与光照度、工作温度有明显的依赖关系。9、噪声特性：热噪声、产生复合噪声、噪声与调制频率的关系如下所示：（1)红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的（2）制冷可降低热噪声（3）恰当的偏置电路，可使信噪比最大10、光谱特性：相对灵敏度与波长的关系

可见光区光敏电阻的光谱特性光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515～600nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如照相机、照度计、光度计等。

红外区光敏电阻的光谱特性注明：此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。三、光敏电阻的特点1、优点：灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性之分光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度所测光强范围宽，可测强光、弱光2、不足：强光下光电转换线性差光电导弛豫时间长受温度影响大由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应四、光敏电阻的电路1、基本偏置电路：（1）第一种：

将第一种电路中的与互换位置，即另一种偏置电路。（2）分析两种情况下输出电压的变化：（3）和电源的选取原则：

a.光通量连续变化时，

b.光通量跳跃变化时，

c.，为最大允许功耗2、恒流、恒压偏置电路：（1）恒流偏置电路：采用稳压管D,故不变，所以不变，因此也不变。（2）恒压偏置电路：同样不变，故不变，由于减小，故增大。导致变化。而输出电压不变。第二节光电池光电池是一种利用光生伏特效应制成的不需加偏压就能将光能转化成电能的光电器件。简单的说，其本质就是一个PN结。表示电子表示空穴（一）结构原理1、金属-半导体接触型（硒光电池）

2、PN结型结型光电池，是在N型（或P型）半导体表面上扩散一层P型（或N型）杂质，形成PN结。（1）按基底材料不同分2DR（P型Si为基底）

2CR（N型Si为基底）注意：1、上、下电极区分2、上电极栅指状目的3、受光表面涂保护膜的目的（2）、按用途阵列式：分立的受光面象限式：参数相同的独立光电池硅蓝光电池：PN结距受光面很近

阵列式象限式

（二）分类按用途太阳能光电池：用作电源（效率高，成本低）测量用光电池：探测器件（线性、灵敏度高等）按材料硅光电池：光谱响应宽，频率特性好硒光电池：波谱峰值位于人眼视觉内薄膜光电池：CdS增强抗辐射能力紫光电池：PN结0.2~0.3µm,短波峰值600nm（三）符号及电路

符号连接电路等效电路（四）特性参数1、光照特性：2、输出电流与负载大小的关系：3、伏安特性：光电流与电压的关系：4、VLS、ILS

、PL与负载RL的关系：据伏安特性先求负载线，再求负载功率；据开路电压、短路电流求最佳负载线5、光谱特性：电路电流随波长变化情况取决于所用材料与工艺6、温度特性：（五）应用1、光电池用作太阳能电池把光能直接转化成电能，需要最大的输出功率和转化效率。即把受光面做得较大，或把多个光电池作串、并联组成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站等无输电线路地区的电源供给。2、光电池用作检测元件利用其光敏面大，频率响应高，光电流与照度线性变化，适用于开关和线性测量等。第三节光敏二极管1、与普通二极管相比:共同点：一个PN结，单向导电性不同点：（1）受光面大，PN结面积更大，PN结深度较浅（2）表面有防反射的SiO2保护层（3）外加负偏压2、与光电池相比：共同点：均为一个PN结，利用光生伏特效应，

SiO2保护膜不同点：（1）结面积比光电池的小，频率特性好（2）光生电势与光电池相同，但电流比光电池小（3）可在零偏压下工作，更常在反偏压下工作3、性能参数光照下PN结电压与光电流之间关系（1）伏安特性：反向偏压与光电流之间的关系（2）光照特性：光电流与照度的关系

15V反向偏压时的光照特性曲线

（3）、光谱特性

影响因素：材料：禁带宽度设计工艺：PN结深度及表面处理（4）暗电流与噪声：在直流偏压下，暗电流是噪声的主要来源；暗电流主要包括反向饱和电流，势垒区的复合（或产生）电流以及表面漏电流。

环极的作用是：克制由于SiO2保护膜中的杂质正离子静电感应。（5）频率特性：是半导体光电器件中最好的一种，与下列因素有关：结电容（小于20µµF)和杂散电容光生载流子在薄层中的扩散时间及PN结中的漂移时间要提高频率响应必须做到以下几点：1、合理的结面积（小的结面积可使Cj减小，但相同光照下，光电流也较小）；2、尽可能大的耗尽层厚度；3、适当加大使用电压；4、减小结构所造成的分布电容。4、电路：光敏二极管的输出电路及等效电路：由等效图可知：计算上限频率5、光敏二极管的分类按材料硅光敏二极管锗光敏二极管化合物光敏二极管按结特性：

PN结（扩散层、耗尽层）、PIN结、异质结、肖特基结6、几种常见的光敏二极管（1）肖特基结光敏二极管：光敏面小，势垒电容小，响应快，但工艺困难。（2）扩散层PN结光敏二极管：耗尽层厚度小于结的任一边的扩散长度，工作区是结两边的扩散区，光电流主要由扩散流引起。(3)耗尽层型PN结光敏二极管：耗尽层厚度大于结的任一边的扩散长度，光电转换主要在耗尽层内，光电流主要由漂移电流引起的。有很高的频率响应。（4）PIN型（2DUL型）光电二极管

PIN管结构示意图在P、N型之间加进了较厚的本征半导体I型层，内电场基本上集中于I层上，PN结间距拉大，结电容变小；提高响应速度；由于耗尽层变宽，从而展宽了光电转换的有效工作范围；增加了吸收层厚度，改善了对长波光的吸收，提高了灵敏度，增大了长波响应率。

（5）雪崩型光电二极管APD是具有内部倍增放大作用的光电二极管，利用PN结势垒区的高反向电压下强电场作用产生载流子的雪崩倍增而得到。工作过程：初始的载流子在强电场的作用下获得很大的动能，其在高速运动过程总与晶体的晶格碰撞，产生新的电子空穴对，称为碰撞电离过程。此过程多次重复。从而反向电流也迅速增大形成雪崩倍增效应。结构：为了实现雪崩过程，基片杂质浓度很高，使之容易碰撞电离；片子厚度较薄，保证较高的电场强度影响雪崩光敏二极管工作的因素:(a)雪崩过程伴有一定的噪声，并受温度的影响较大；

(b)表面材料的缺陷使PN结各电场分布不均，局部先击穿使漏电流变大，增强了噪声；（c)工作偏压必须适当作业

用已经学知识，分别根据一种型号的光敏电阻、光电池和光电二极管的特性参数，解释其物理意义。

预习光敏三极管器件的性能比较和应用选择热电检测器件的原理

成像器件和调制器件变像管像增强管光调制器件变像管＆像增强管一、典型结构与工作原理物镜目镜阴极阳极荧光屏目标物所发出某波长范围的辐射通过物镜在半透明光电阴极上形成目标的像，引起光电发射。阴极面每一点发射的电子束密度正比于该点的辐照度。这样，光阴极将光学图像转变成电子数密度图像。通过阳极的电子透镜作用，使阴极发出的光电子聚焦成像在荧光屏上。荧光屏在一定速度的电子轰击下发出可见的荧光，最终，在荧光屏上便可得到目标物的可见图像。涂在光阴极面上的材料若对红外或紫外光线敏感，则为变像管，若只对微弱的可见光敏感，则为像增强管。二、性能参数1、光电阴极灵敏度光阴极的量子效率决定了管子的灵敏度，量子效率对波长的依赖性决定了管子的光谱响应，光阴极的暗电流＆量子效率决定了像的对比度＆最大信噪比，对比度＆信噪比又决定了照度最低情况下的分辨率。2、放大率＆畸变荧光屏上像点到光轴的距离与阴极面上对应点到光轴距离之比称为变像管点所在环带的放大率β。畸变：D=β/β0-1若D>0,则为枕形畸变，D<0，则为桶形畸变。3、亮度转换增益光出射度辐照度发光效率灵敏度额定阳极电压光阴极的有效接收面积荧光屏的有效发光面积4、鉴别率一般指在照度足够的情况下（以100勒克斯为宜），通过变像管或像增强管所刚刚分辩处的黑白条纹数目。5、暗背景亮度在无光照下，光阴极产生的暗电流在阳极电场的作用下轰击荧光屏使之发光，这时荧光屏的亮度称之为暗背景亮度。6、观察灵敏阈在极限观察下，光电阴极的极限照度称为观察灵敏阈。三、像增强管的级联（一）串联式像增强管1、磁聚焦三级串联式像增强管光电阴极分压电阻二次电子倍增膜荧光屏电极环磁聚焦线圈它由三只单级像管首尾相接，每只单级像管的高压电源通过电阻分压器加在电极环上，使管内产生均匀电场。管外加长螺管线圈，用以产生轴向均匀磁场。两级中间连接处违夹心片结构，中间为透明云母片，它的前面为荧光屏，后面为光电阴极，两者的频谱特性正好品配。特点：像差小，像质好，但消耗功率大，体积笨重。2、电聚焦三级串联像增强管光阴极面荧光屏A层A层A层A1A2A3靶靶加速＆聚焦全由电子透镜来实现。重量轻，功耗低，但像差大，产生像散＆场曲，像质差。（二）级联式像增强管光电阴极光学纤维面板阳极荧光屏光学纤维面板光纤维板是由很多极细的光学纤维玻璃丝紧密排列并聚熔而成。其传光效率高，且端面可加工为各种所需要的形状。提高了管子的灵敏度。缺点是边缘增益大。常用于夜视、微光电视领域。级联式像增强管单管结构图（三）微通道式像增强管微通导管管壳光电阴极在入射光线的照射下发出光电子，它们分别沿着各个小的微通导管不断地二次电子倍增，倍增后的电子射到荧光屏上，便显示出明亮的光学图像。它分为两类：近聚焦微通道像增强管＆静电聚焦微通道像增强管。优点：体积小，重量轻，可通过调整偏压来调整增益，且具有自动放强光的能力。缺点：噪声大。外形结构光调制器件利用各种物理效应能够对光的振幅、频率、相位、偏振状态和传播方向等参量进行调制的器件。要求：性能稳定、调制度高、损耗小、相位均匀、有一定的带宽。工作基础：物质对外来作用产生各种物理效应，如电光效应、声光效应、磁光效应。光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上,完成这一过程的器件称为调制器。调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。比如,承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。电光器件介质受到外电场作用，折射率随外加电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，用张量描述，光学性质为各向异性；不受外电场作用时，介电系数和折射率都是标量，与方向无关，在光学性质上是各向同性。电光效应两种：折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，POCKELS，光学介质为具有电光效应的液体有机化合物；成平方关系为KERR效应，光学介质为非中心对称的压电晶体。

性能参数半波电压透过率调制带宽消光比声光器件原理磁光器件原理法拉弟效应（磁致旋光效应）法拉弟发现，许多物质在磁场的作用下可使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转（在光的传播方向上加上强磁场时）Ｈd

振动面旋转的角度由经验公式给出：

式中为静磁通量，为光所穿越的媒质长度，是比例因子，称费尔德常数，一种特定媒质的费尔德常数随频率和温度而变。实际例子对于气体，约为，固体和液体为的量级。如对于1厘米长的样品，高斯的磁场，，此时振动面将转动。显然，法拉弟效应可用来设计光调制器，欲提高效率必须每单位长度的材料对光的吸收要尽量小，而偏振面旋转的角度要尽量大，为此，人们研制了许多奇特的铁磁材料，如ＬeCraw利用人工生长的钇铁石榴石（YIG）磁性晶体，它的费尔德数可以达到

(对波长，温度范围)。

利用法拉第效应测磁场

实验装置图

调制电压恒定磁场起偏器起偏器

线偏振光从左面进入晶体，横向的直流磁场使YIG晶体在此方向上引起磁化饱和，而总的磁化强度矢量（由恒定磁场和线圈磁场所引起）可以改变方向，它对晶体轴的倾斜角度正比于线圈中的调制电流。因为法拉弟旋转依赖于磁化强度的轴向分量，所以线圈电源控制了角，检偏器按照马吕定律把这一偏振调制转换为振幅调制。也就是说，要传递的信息作为调制电压加在线圈上，则出射的激光束以振幅变化的形式携带着信息。应当指出的是，应将法拉弟旋转和旋光性旋转加以区别，所指旋光性旋转，是指入射线偏振光的电场振动面在旋光材料中连接地旋转的现象。这种现象的一个特点是旋转方身与传播方向有关，当光线正反两次通过一个旋光性物质时，总旋转角度为零，而法拉弟旋转是与光传播方向无关的，正反两次通过法拉弟材料后，总的旋转角度为。法拉弟旋转和旋光性旋转之区别这样，为了获得更大的法拉弟效应，可以将放在磁场中的法拉弟材料做成平行六面体，使通光面对光线方向稍偏离垂直位置，并将两面镀层反射膜，只留入口和出口，这样，若光束在其间反射次后出射，则有效旋光厚度为，则偏振面的旋转角度将提高倍。高反射膜作业变像管和像增强管的工作原理电光、声光和磁光器件的工作原理预习恒流源型光电检测电路的静态设计光伏型光电检测电路的静态设计可变电阻型光电检测电路的静态设计电荷耦合器件(CCD)简介电荷为信号基本功能:电荷的存储和转移工作过程:产生、存储、传输和检测

两类：电荷包在半导体和绝缘体之间，界面传播（SCCD）；电荷包存储在离表面一定深度的体内，体内传播（BCCD）CCD类型：表面沟道CCD（SCCD）：电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；体沟道CCD（BCCD）：电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向传输。工作过程：电荷的产生、存储、传输＆检测。CCD应用的分类：在电子计算机或数字系统中信息存贮与处理摄像装置主要特性：1.体积小，重量轻，耗电少，启动快，寿命长2.光谱相应范围宽3.灵敏度高4.暗电流小，监测噪音低5.动态响应范围宽6.分辨率高7.与微光像增强器级联，低照度下可采集信号8.有抗过度曝光性能电荷存储基本单元是MOS

图5-14

图5-15

图5-16

图5-17

表面势、势阱栅电极G氧化层P型半导体耗尽区反型层uG>uthuG<uthuG=0构成CCD的基本单元是MOS（金属－氧化物－半导体）结构。当栅极G施加正偏压UG之前（UG=0），P型半导体中的空穴（多数载流子）的分布是均匀的；当栅极电压加正向偏压（UG<Uth）后，空穴被排斥，产生耗尽区，偏压继续增加，耗尽区进一步向半导体内延伸；当UG>Uth时，半导体与绝缘体界面上的电势（表面势ФS）变得如此之高，以至于将半导体体内的电子（少数载流子）吸引导表面，形成电荷浓度极高的极薄反型层，反型层电荷的存在说明了MOS结构具有存储电荷的功能。ФSUGP型硅杂质浓度Nd=1021m-3反型层电荷QINV=01.0V1.4VUth=2.2V3.0Vdox=0.1um0.30.40.6表面势与栅极电压的关系ФSQINVdox=0.1umdox=0.2umUG=15VUG=10V表面势与反型层电荷密度的关系曲线的直线特性好，说明两者有着良好的反比例线性关系。可以“势阱”的概念来解释。u010V10VUG=5VUG=10VUG=15V空势阱填充1/3势阱全满势阱电子被加有栅极电压的MOS结构吸引到势能最低的氧化层与半导体地交界面处。MOS电容存储信号电荷的容量为：Q=Cox•UG•A电荷耦合假定开始有一些电荷存储在偏压为20V的第二个电极下面的势阱里，其他电极上均加有大于阈值得较低电压（例如2V）。设a图为零时刻，经过一段时间后，各电极的电压发生变化，第二个电极仍保持10V，第三个电极上的电压由2V变为10V，因这两个电极靠的很近（几个微米），它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第二个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。如图b＆c。若此后第二个电极上的电压由10V变为2V，第三个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第三个电极下的势阱中，如图e。由此可见，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。2V10V2V2Va存有电荷的势阱b2V10V2V10V2V2V10V10V2V2V10V2V10V2V2V2V10V2VcdefФ1Ф2Ф3通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动。通常把CCD电极分为几组，并施加同样的时钟脉冲。如图f，为三相时钟脉冲，此种CCD称为三相CCD。CCD电极间隙必须很小，否则被电极间的势垒所间隔。产生完全耦合条件的最大间隙一般由具体电极结构，表面态密度等因素决定。间隙长度应小于3um。以电子为信号电荷的CCD称为N型沟道CCD（工作频率高）,而以空穴为信号电荷的CCD称为P型沟道CCD。电荷的注入＆检测电荷的注入（1）光注入当光照射CCD硅片时，在栅极附近的半导体体内产生电子空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。它有可分为正面照射式＆背面照射式。其光注入电荷：材料的量子效率入射光的光子流速率光敏电压的受光面积光注入时间U+U+势垒P-Si背面照射式光注入（2）电注入：CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。电流注入法IDuINuIDN+IGФ1Ф2Ф3Ф2PID为源极，IG为栅极,而Ф2为漏极，当它工作在饱和区时，输入栅下沟道电流为：经过Tc时间注入后，其信号电荷量为：IDIGФ2Ф1Ф3Ф2Ф3Ф1N+P-Si电压注入法与电流注入法类似，但输入栅极IG加与Ф2同位相的选通脉冲，在选通脉冲作用下，电荷被注入到第一个转移栅极Ф2下的势阱里，直到阱的电位与N+区的电位相等时，注入电荷才停止。往下一级转移前，由于选通脉冲的终止，IG的势垒把Ф2＆N+的势阱分开。电荷注入量与时钟脉冲频率无关。电荷的检测信号电荷在转移过程中与时钟脉冲无任何电容耦合，而在输出端需选择适当地输出电路减小时钟脉冲容性的馈入输出电路的程度。（1）电流输出：如图a。由反向偏置二极管收集信号电荷来控制A点电位的变化，直流偏置的输出栅极OG用来使漏扩散＆时钟脉冲之间退耦，由于二极管反向偏置，形成一个深陷落信号电荷的势阱，转移到Ф2电极下的电荷包越过输出栅极，流入到身势阱中。UDRDRgAOGФ1Ф2放大P-Si图aN+OGФ1Ф2浮置扩散T1（复位管）T2（放大管）RgUDD(2)浮置扩散放大器输出：如图b.图b复位管在Ф2下的势阱未形成前，在RG端加复位脉冲，使复位管导通，把浮置扩散区剩余电荷抽走，复位到UDD，而当电荷到来时，复位管截止，由浮置扩散区收集的信号电荷来控制放大管栅极电位变化。（3）浮置栅放大器输出：如下图。浮栅T2UDDФ1Ф3Ф2Ф1Ф3Ф2Ф3T2的栅极不是直接与信号电荷的转移沟道相连接，而是与沟道上面的浮置栅相连。当信号电荷转移到浮置栅下面的沟道时，在浮置栅上感应出镜像电荷，以此来控制T2的栅极电位。CCD的特性参数1、转移效率＆转移损失率转移效率：一次转移后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比。转移损失率：ε(t)Q(0)/C5MHz1MHz影响电荷转移效率的主要因素为界面态对电荷的俘获。为此，常采用“胖零”工作模式，即让“零信号”也有一定的电荷。2、工作频率f（1）下限：为避免由于热产生的少数载流子对注入信号的干扰，注入电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间必须小于少数载流子的平均寿命，对于三相CCD,t为：t=T/3=1/3f,故，f>1/3ζ。（2）上限：当工作频率升高时，若电荷本身从一个电极转移到另一个电极所需的时间大于驱动脉冲使其转移地时间T/3,那么信号电荷跟不上驱动脉冲的变化，使转移效率大大降低。故t≤T/3，即f≤1/3t。ε(t)驱动脉冲频率fQ(0)/C=2V5V10Vε驱动脉冲频率f实测三相多晶硅N沟道SCCD的关系曲线10MHz电荷耦合摄像器件（ICCD）1、工作原理利用光学成像系统将景物图像成在CCD地像敏面上。像敏面将照在每一像敏面的图像照度信号转变为少数载流子数密度信号存储于像敏单元（MOS电容）中，然后，再转移到CCD的移位寄存器（转移电极下的势阱）中，在驱动脉冲的作用下顺序地移出器件，成为视频信号。2、类型（1）线型CCD摄像器件单沟道线型ICCD双沟道线型ICCD（2）面阵ICCD帧转移面阵ICCD隔列转移型面阵ICCD线转移型面阵ICCD它们的结构原理见课本P126_128ICCD的基本特性参数（1）光电转换特性良好，光电转换因子可达到99.7%。（2）光谱响应ICCD常采用背面照射的受光方式，采用硅衬底的ICCD，其光谱响应范围为0.4~1.1um，平均量子效率为25％，绝对响应为0.1~0.2A*W-1。(3)动态范围：由势阱的最大电荷存储量与噪声电荷量之比决定。（4）噪声：电荷注入噪声；电荷量变化引起的噪声（转移噪声）＆检测时产生的噪声（输出噪声）。（5）暗电流产生的主要原因：耗尽的硅衬底中电子自价带至导带的本征跃迁；少数载流子在中性体内的扩散；来自SiO2表面（硅中缺陷＆杂质数目）引起的暗电流；Si-SiO2界面表面的晶体缺陷＆玷污等；温度，温度越高，暗电流越大。（6）分辨力MTFMTF2856K白炽光源单色光源频率频率600nm700nm800nm1000nm作业1.CCD的工作原理是什么？解释它的特性参数。2.ICCD的工作原理是什么？预习了解变像管和像增强管原理与性能参数了解光调制器件（电光、声光和磁光器件）原理。

发光与耦合器件

发光二极管发光二极管的结构和工作原理注入式电致发光器件PN结烧结在陶瓷或金属底座上,透明环氧树脂封装三种:直接跃迁材料GaAs/GaN/ZnSe

间接跃迁材料GaP

混晶GaAs+GaP=GaAs(1-x)PxEg越大,释放能量越大,发光波长越短不同掺杂发出不同的光:GaP+Zn+O----红光GaP+Zn+N----绿光

特点:

体积小耐冲击寿命长功耗低响应快可靠性高颜色鲜明易和电路匹配效率

非显示:使用功率效率,光学效率(外量子效率和内量子效率)

显示:流明效率(光度效率/发光效率)

照明效率发光光谱定义:发光的相对强度随波长的变化

它决定发光颜色和流明效率

参量:峰值波长+半宽度

峰值光子的能量随温度的增加而减少

伏安特性图4-3

图4.4

复合因子

反向击穿电压-5V发光亮度定义:单位面积发光强度的度量扩散电流/载流子辐射复合寿命与非辐射符合寿命脉冲寿命寿命亮度降低到原有亮度一半所经历的时间与工作电流有关响应时间应用显示指示照明光源光电开关报警遥控耦合激光器特点方向性好单色性好相干性好亮度高激光的产生受激辐射:

低能态的电子激发或泵浦到较高能态分布反转:

粒子分布反转,受激辐射克服损耗共振腔:

提供正反馈和增益,维持受激辐射的持续振荡受激辐射吸收+自发发射+受激辐射注意:自发激发的非相干性受激辐射发出:频率/位相/方向相同产生激光的条件:受激辐射占主导地位分布反转定义方法:

照射气体电离注入载流子

共振腔在激光物质的两测放置相互平行的反射面,这种反射面组称为共振腔.获得增益.

腔内增益大于损耗,产生激光振荡.条件是腔的长度恰好等于辐射光半波长的整数倍.

氦氖激光器单色性好方向性好,发散角小结构简单/紧凑稳定性好价低方便分为:全外腔/全内腔/半内腔半导体激光器PN结型二极管注入式激光器结构和原理主要特性异质结激光器

单异质结激光器

双异质结激光器作业1.发光二极管的特性参数有哪些？并说明。2.激光产生的原理?预习光电偶合器件的特点、特性参数和应用；光电成像器件的类型与特性。

光电检测技术基础

半导体物理基础一、半导体的特性电阻温度系数是负的，对温度变化敏感。导电性能受微量杂质的影响而发生十分敏感的变化。导电能力和性质受外界作用发生重要的变化。

二、半导体的能带能带理论：晶体中的电子只能处于能带的能级上，且每一个能带中都有与原子总数相适应的能级数。

泡利原理：在每一个能级上最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。半导体晶体能带图：导带价带满带禁带禁带

根据能量最小原理，电子填充能带时，总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。满带：任何时间都填满电子数。价带：绝对零度时，价带为价电子占满。而导带中没有电子。导带：价带中电子获得足够的热能或辐射能后，就会越过禁带进入导带。三、半导体的类型

1、I型半导体（本征半导体）：

I型半导体是完全纯净或结构完整的半导体，是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零度时，不受外界影响的情况下，导带没有电子，价带也没有空穴，因此不能导电。在热运动或外界的影响下，价电子跃迁到导带，产生自由电子和空穴，构成导电载流子。2、N型半导体对N型半导体，施主杂质中的电子只要获得很小的能量，就能脱离原子而参加导电，由于导带中的电子在导电中起主要作用，因此也称为“电子型半导体”。由能级图可见，施主能级处于禁带内导带底的下面。电子从施主能级跃迁到导带所需的能量。在常温下，电子所具有的平均热能就足以使施主原子电离。因此，对N型半导体具有较高的电导率。3、P型半导体

P型半导体是以空穴为主导电的半导体，这样的半导体也称为“空穴型半导体”。由能级图可见，受主能级处于禁带内价带顶的上方，价带电子跃迁到受主能级所需的电离能。这时由于电子填充了共价键中的空位而出现空穴。在常温下，电子所具有的平均热能就足以使受主原子电离。因此，对P型半导体具有较高的电导率。说明：从半导体载流子的浓度考虑，若在无辐射时电子和空穴的浓度分别为n和p，则当n＜＜p时，这种半导体称为P本征半导体；当n＞＞p时，称为N型半导体；当n＝p时，称为I型半导体。

四、热平衡载流子费米-狄拉克分布函数禁带宽度半导体费米能级五、非平衡载流子非平衡载流子定义寿命复合陷阱效应六、载流子的运动扩散运动

漂移运动爱因斯坦关系：描述扩散运动与迁徙率的关系七、光辐射与半导体的相互作用

当光辐射作用在半导体上时，半导体吸收光辐射能量，价带的电子获得辐射能后将跃迁到导带，产生新的电子空穴对，形成非平衡载流子，从而提高材料的电导率。半导体对光辐射的吸收分为本征吸收、杂质吸收、载流子吸收、激子和晶格吸收五种光吸收效应。⒈本征吸收

本征吸收是指电子在辐射作用下，从价带跃迁到导带的吸收。研究本征吸收时应考虑半导体的能带结构。如前所述，对直接带隙材料，电子所需的能量应大于或等于能隙Eg；而对间接带隙材料，电子除需要大于或等于能隙的能量外，还需要声子的能量。

⒉杂质吸收在半导体禁带内存在杂质能级时，在小于能隙能量的光子作用下，杂质能级和相应的能带间出现电子跃迁而形成的非平衡载流子－电子或空穴。杂质吸收的光谱区位于本征吸收的长波方向，其光子能量应大于或等于所需的电离能。⒊载流子吸收载流子浓度很大（~）时，导带中的电子和价带中的空穴产生带内能级间跃迁而出现的非选择性吸收⒋激子和晶格吸收

指所吸收辐射的能量转变为晶格原子的振动能量，或由库仑力相互作用形成电子和空穴的能量。这种吸收对光电导没有贡献，甚至会降低光电转换效率。第五节光电效应光电效应的定义光电效应的分类光电效应的物理现象一、光电效应

物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质中电子运动状态发生变化，因而产生物质的光电导效应、光生伏特效应和光电子发射等现象。在理解上述定义时，必须掌握以下三个要点：原因：是辐射，而不是升温；现象：电子运动状态发生变化；结果：电导率变化、光生伏特、光电子发射。简单记为：辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射。光对电子的直接作用是物质产生光电效应的起因光电效应的起因：在光的作用下，当光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。这里需要说明的是，如果光子不是直接与电子起作用，而是能量被固体晶格振动吸收，引起固体的温度升高，导致固体电学性质的改变，这种情况就不是光电效应，而是热电效应。二、光电效应分类

光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子的运动规律。由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。外光电效应光电子发射光电效应光电导效应内光电效应光生伏特效应丹倍效应光磁效应外光电效应，是指物质受光照后而激发的电子逸出物质的表面，在外电场作用下形成真空中的光电子流。这种效应多发生于金属和金属氧化物。内光电效应,是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。这种效应多发生于半导体内。内光电效应又可分为光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应等。外光电效应和内光电效应的主要区别在于：受光照而激发的电子，前者逸出物质表面形成光电子流，而后者则在物质内部参与导电。三、光电效应的物理现象（一）光电导效应（1873年）半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的增大，因而导致材料电导率增大（电阻减小）,这种现象称为光电导效应。（1）光电导率：假设在辐射作用下，由于吸收光子能量而产生的自由电子及空穴的浓度增量分别为Δn及Δp，则在光照稳定情况下光电导体的电导率变为（2）本征半导体的光电导效应光照时，处在价带中的电子吸收入射光子的能量，若光子能量大于禁带宽度时，价带中的电子被激发到导带成为自由电子，同时在原来的价带中留下空穴，外电场作用时，光激发的电子空穴对将同时参加导电。从而使电导率增加。光照激发电子由价带跃过禁带进入导带的条件是

能够激发电子的光辐射长波限为

（3）杂质半导体的光电导效应N型光电导体，主要是光子激发施主能级中的电子跃迁到导带中去，电子为主要载流子，增加了自由电子的浓度。P型光电导体，主要是光子激发价带中的电子跃迁到受主能级，与受主能级中的空穴复合，而在价带中留有空穴，作为主要载流子参加导电。增加了空穴的浓度。只要光子能量满足就能激发出光生载流子。相应的杂质光电导体的长波限为

（4）光电导体的灵敏度灵敏度指一定条件下，单位照度引起的光电流。光电导体的灵敏度指一定光强下光电导的强弱。可用光电增益G表示。（4）：量子产额，即吸收一个光子所产生的电子空穴数。：光生载流子寿命，非平衡载流子复合快慢或平均存在时间。（5）将（5）代入（4）得（5）光电导的弛豫光电导是一种非平衡载流子效应，因此有弛豫现象。光照到物体后，光电导逐渐增加，最后达到定态。光照停止后，光电导在一段时间内逐渐消失，这种现象表现了光电导对光强变化反应的快慢，光电导上升或下降的时间就是弛豫时间，或称为响应时间（惰性）。从实际应用将讲，其决定了在迅速变化光强下，能否有效工作。从光电导的机理看，弛豫表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消失过程。光电导弛豫现象有两种典型的形式。（6）光电导的光谱分布光谱分布首先是光生载流子的激发问题，即某种波长的光能否激发非平衡载流子及其效率如何的问题。对于本征半导体，当波长增加时，光电导随之增加，经过一个最大值后，有陡峭的下降，由于不存在一个明显的长波限，莫斯提出把光电导的数值降到最大值一半处的波长定为长波限。对于杂质半导体，吸收光子要将杂质能级上的电子或空穴激发为自由的光生载流子，要求而，所以，由于很小，很长。（二）光生伏特效应光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴，并在空间分开而产生电位差的现象。即将光能转化成电能。不均匀半导体：由于半导体对光的吸收，内建电场使载流子定向运动而产生电位差。（像PN结、异质结、肖特基结）均匀半导体：无内建电场，半导体对光的吸收后，由于载流子的扩散速度不同，导致电荷分开，产生的光生电势。如丹倍效应和光磁电效应。⒈PN结的光生伏特效应PN结受到光照时：光线足以透过P型半导体入射到PN结，对于能量大于材料禁带宽度的光子，由于本征吸收，就可激发出电子空穴对。内建电场把N中的空穴拉向P区，把P中的电子拉向N区。大量的积累产生一个与内建电场相反的光生电场，即形成一个光生电势差。表示电子表示空穴光照度越强，光生电动势也就越大。当PN结两端通过负载构成闭合回路时，就会有电流沿着由经外电路到的方向流动。只要辐射光不停止，这个电流就不会消失。这就是PN结被光照射时产生光生电动势和光电流的机理。注意：

⑴PN结产生光生伏特的条件是，与照射光的强度无关；⑵光生伏特的大小与照射光的强度成正比。开路光电压、短路光电流与入射光功率之间的关系

若入射光作用下，产生光生电压为U、光生电流为Ip，入射光功率为P。在PN结两端通过负载RL构成的回路及等效电路为在PN结两端通过负载RL构成的回路中，外电流I与光生电流Ip和PN结结电流IJ之间的关系为

由PN结电流特性知，结电流所以

光生电压为⒉异质结的光生伏特效应同质结是用同一本征半导体掺以不同杂质形成的结。异质结是采用外延技术在一种半导体晶体上生长不同半导体材料形成的结。由于两种不同半导体材料具有不同的禁带宽度。只有当入射光子到达结区时，小于宽禁带宽度而大于窄禁带宽度的光子被吸收，而且吸收光子和激发光生载流子的地方和结区相重合，从而排除了表面载流子的复合损失，提高了光电转换效率，得到快速响应的特性。⒊肖特基结的光生伏特效应当在半导体基底上沉积一层金属形成的“金属－半导体”接触时，在接触区附近也会形成空间电荷区和势垒，这种势垒称为肖特基结或肖特基势垒。在肖特基结中，载流子的激发有二种途径：一种是，光子被半导体吸收，形成电子空穴对，在内建电场的作用下，电子向半导体漂移，空穴向金属漂移；另一种是，光子被金属吸收，激发的光电子向半导体移动。⒋丹倍效应由于光生载流子的扩散在光的传播方向产生电位差的现象称为光电扩散效应或丹倍效应。当：用光照射均匀半导体的表面时，在近表面层发生强烈地吸收，产生高浓度的电子和空穴。在半导体近表面层至体内形成载流子浓度的梯度分布，因而发生电子和空穴都从照射表面向半导体内部的扩散运动。电子与空穴相比具有较大的迁移率和扩散系数，因此电子会扩散到半导体的更深处。在短期内导致被光照表面带正电，另一面带负电，建立起光生电场。即在照射表面和未照射表面间产生一定电位差。⒌光磁电效应放在磁场内的均匀半导体材料受到光照射时，如果磁场的方向垂直于xoy平面，洛伦兹力把扩散电子和空穴偏转到相反方向，导致电子和空在垂直于光照方向和磁场方向的半导体的两端面分别积累，产生光磁电场，对应的电动势被称为光磁电电动势。(三）光电发射效应1、光电发射原理

具有能量hν的光子，被物质（金属或半导体）吸收后激发出自由电子，当自由电子的能量足以克服物质表面势垒并逸出物质的表面时，就会产生光电子发射，逸出电子在外电场作用下形成光电子流。这就是物质的光电发射现象。光电发射现象又叫做外光电效应。可以发射电子的物质称为光电发射体。2、光电发射的基本定律（1）爱因斯坦定律（光电发射第二定律）发射体发射的光电子的最大动能，随入射光频率的增加而线性的增加，而与入射光的强度无关。（2）斯托列托夫定律（光电发射第一定律）当入射辐射的光谱分布不变时，入射辐射通量越大（携带的光子数越多），激发电子逸出光电发射体表面的数量也越多，因而发射的光电流就增加，所以光电流正比于入射辐射通量。3、光电发射长波限根据爱因斯坦公式

式中

m为电子质量；为电子逸出后的最大速度；为入射光的频率；为普朗克常数，其值为；为光电发射体的逸出功。显然，当时，逸出电子无动能，那么，就不会产生光电发射，因此，光电发射存在长波限探测器件所依据的物理效应的共同特性是：（1）光电效应的有、无只与入射光的波长、频率有关，与入射光的强度无关；

——光电效应的产生，唯一的取决于入射光的波长、频率以及器件的能级结构。

（2）光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。

——入射光的强弱反映入射光子数的多少；入射光的波长、频率不同，器件对其的响应度不同。作业1.简述半导体的特性和能带理论。2.什么是热平衡和非平衡载流子？说说它们的运动机理。3.半导体对光的吸收有哪些？4.描述光电效应产生机理。

光电耦合器件和成像器件

光电耦合器件

光隔离器、光耦合器封装（LED＋光敏器件）电－光－电器件耦合有线性变化关系＋电隔离性能

特点电隔离信号单向传输抗干扰和噪声响应速度快使用方便

发展很快特性参数输入特性－LED的特性输出特性－光敏器件传输特性抗干扰特性传输特性：电流传输比定义：器件集电极电流与LED注入电流之比交流电流传输比：以微小变量定义的传输比光激发效率电流传输比随发光电流的变化：有一最大值电流传输比随温度的变化：有一最大值

输出－输入间绝缘耐压与LED和光敏三极管距离有关输出－输入间绝缘电阻值大输出－输入间的寄生电容不大，为几个皮发

最高工作频率最高（截止）频率脉冲上升时间和下降时间脉冲前沿的0-0.9之间的时间间隔称为上升时间；脉冲下降沿中介入1-0.1的时间间隔为脉冲下降时间。抗干扰性原因：输入电阻很低，干扰源的电阻大形成微弱的电流不会受外界光的干扰寄生电容小，绝缘电阻大。

应用特点耦合频率范围广，失真小克服泄放干扰和触点抖动完成匹配提高信噪比提高可靠性作为开关器件使保护电路简单可靠光电成像器件概述1934光电像管1947超正析像管1954视像管1965氧化铅管1976硒靶管和硅靶管1970CCD1934年，光电像管（Iconoscope），应用于室内外的广播电视摄像。灵敏度非常低，需要10000lx的照度，达到图像信噪比的要求；1947年，超正析像管（ImageOrthicon），照度降低到2000lx；1954年，视像管，灵敏度＆分辨率高，成本低，体积小，，惯性大，不适用于高速运动图像测量，不能取代超正析像管用于彩色广播电视摄像机；1965年，氧化铅管（Plumbicon），成功取代超正析像管，惯性小，广泛应用于彩色电视摄像机，结构简单，体积小，灵敏度＆分辨率都很高。1976年，硒靶管＆硅靶管，灵敏度进一步提高且成本更低；1970年后，CCD的出现使光电成像器件进入新的阶段。体积更小，灵敏度更高，应用更灵活、更方便。光电成像器件的类型光电成像器件（成像原理）扫描型非扫描型真空电子束扫描固体自扫描：CCD光电型热电型：热释电摄像管光电发射式摄像管光电导式摄像管变像管（完成图像光谱变换）红外变像管紫外变像管X射线变像管像增强管（图像强度的变换）串联式级联式微通道板式负电子亲和势阴极常由像敏面，电子透镜＆显像面构成成像原理：扫描和非扫描电视技术扫描分真空电子束扫描和固体自扫描分为光电型和热电型，CCD非扫描分为变像管和像增强管光谱特性光电转换材料决定窗口材料限制短波考虑器件的光谱响应与被测景物辐射光谱匹配

相对灵敏度波长1231－多碱氧化物光阴极像管，属于外光电效应摄像管，光谱响应由光阴极材料决定；2－氧化铅摄像管，属于内光电效应的摄像管，光谱响应由靶材料决定；3－CCD摄像器件，光谱响应由硅材料决定；另热释电摄像管基于材料的热释电效应，光谱响应特性近似直线。转换特性灵敏度转换系数亮度增益转换特性（光电成像器件的输出量与对应的输入量的比值关系）变像管：转换系数C表示光通量辐通量像增强管：亮度转换增益GL来表示(lm/W)光出射度光照度无量纲亮度（cd/lm）摄像器件：灵敏度S表示电视系统：光电导材料的γ值来表示视像管的信号电流常数视像管靶面照度γ<1，强光信号被压缩γ＝1，光信号无变化γ>1，弱光信号被提高灰度系数分辨率（表示能够分辩图像中明暗细节的能力）极限分辨率（主观）：人眼观察分辩专门测试卡成像在靶面上且在荧光屏上显示出的最细线条数。调制传递函数（客观）：简称MTF，输出调制度与输入调制度之比。 MTF随频率增加而衰减，一般将MTF值为10％所对应的线数定为摄像管的极限分辨率。光电成像原理像素分割扫描:行扫描和场扫描电视制式电视图像的宽高比帧频场频扫描行数扫描行频

光电成像原理同步扫描视频信号景物光学成像光电变换图像分割传送同步扫描视频解调图像再现摄像部分显像部分光电成像系统原理方框图光电成像原理：光学物镜将景物所反射出来的光成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像，经光电成像器件将二维光学图像转变成二维电气图像（超正析像管为电子图像，视像管委电阻图像或电势图像，面阵CCD为电荷图像），然后进行图像分割，并按照一定的规则将所分割的电气图像转变成一维时序信号（视频信号），将视频信号送入监视器，控制显像管电子枪的强度，显像管电子枪与摄像管的电子枪作同步扫描，可将摄像管摄取得图像显示出来。（如将视频信号经调制放大成高频－射频信号发送出去，再用天线系统将射频信号接收到，经过解调获取视频信号，控制电视显像管电子枪的扫描可以获得摄像管摄取得景物图像）电视制式1、电视图像的宽高比：图像宽度＆高度之比，一般为4：3。2、帧频与场频：帧频为每秒钟电视屏幕变化的数目。一般场频为50赫兹，帧频为25赫兹。在电视中采用隔行扫描的方式。3、扫描行数与行频：组成每帧图像的行数＆行频。我国现行电视制式（PAL制式）：宽高比为4：3，场频为50赫兹，行频为15625赫兹，场周期为20毫秒，其中正程扫描时间为18.4毫秒，逆程扫描时间为1.6毫秒，行周期为64微秒，其中正程扫描时间为52微秒，逆程扫描时间为12微秒。真空摄像管

两类:外光电效应和内光电效应外光电效应:析像管/超正析像管/分流管/二次电子导电摄像管内光电效应:硫化锑视像管/氧化铅视像管氧化铅视像管的结构图5-5结构图=光电导靶+扫描电子枪+管体扫描图像变换记录阅读硅靶的结构氧化铅视像管的结构视频信号靶网电极聚焦线圈偏转线圈校正线圈聚焦极2聚焦极1阴极控制栅极加速极RLVT（1）管子结构当摄像管有光学图像输入时，则入射光子打到靶上。由于本征层占有靶厚的绝大部分，入射光子大部分被本征层吸收，产生光生载流子。且在强电场的作用下，光生载流子一旦产生，便被内电场拉开，电子拉向N区，空穴被拉向P区。这样，若假定把曝光前本征层两端加有强电场看作是电容充电，则此刻由于光生载流子的漂移运动的结果相当于电容的放电。其结果，在一帧的时间内，在靶面上便获得了与输入图像光照分布相对应的电位分布，完成了图像的变换＆记录过程。靶结构玻璃PINSnO2（透明导电膜）RLVT（40～60V）在入射窗的内表面首先蒸上一层极薄的SnO2透明导电膜，再蒸涂氧化铅本征层，然后，氧化处理形成P型层。由于氧化铅与二氧化锡两者的接触而在交界面处形成N形薄层，这样就构成了NIP型异质结靶。又称信号板。其反偏电压主要施加在本征层。硅靶结构视频信号电阻海P型岛SiO2PPPnR2N+左边是光的入射面，右边是电子束扫描面，靶的基体实N型单晶硅薄片。其上有大量微小的P型岛。由P型小岛与N型基底之间构成密集的光敏二极管阵列。并在P型岛之间的N型硅表面覆盖高绝缘的二氧化硅薄膜，另外在N型基底的外表面上形成一层极薄的N+层，在P型岛地外表面上形成一层半导体层称为电阻海。总厚度约为20微米。工作时，在N+层加5～15伏电压，使硅光电二极管处于反向偏置工作状态。无光照时，反压将一直保持。当有光学图像输入时，N型硅将吸收光子产生电子空穴对，它们在电场的作用下作漂移运动，空穴通过PN结移到P型岛，此动作在一帧的周期内连续进行，从而提高了P型岛的电位。其电位的升高的数值正比于该点的曝光量。因此，靶面的P型岛上形成了积累得电荷图像。这时通过电子束的扫描，即可得到视频信号。摄像管的性能参数光电转换特性光谱特性时间响应特性输出信噪比动态范围图像传递特性光电转换特性输入面照度（勒克斯）输出视频信号电流硅电子倍增靶视像管二次电子导电管超正析像管分流管曲线的斜率为管子的灰度系数γ。超正析像管在高光照时输出信号电流饱和，曲线弯曲。光谱响应灵敏度波长abcdegfa——Sb2S3光导摄像管b——PbO光导摄像管（标准型）c——PbO光导摄像管（全色型，接近于人眼的光谱响应，在彩色摄像时可获得色调的高保真度）d——CdSe光导摄像管e——硅靶摄像管（光谱响应范围最宽，适用于近红外摄像）f——SeAsTe光导摄像管