az optikai sugárzás érzékelése
DESCRIPTION
Az optikai sugárzás érzékelése. Belső fényelektromos hatás Záróréteges fényelektromos hatás Külső fényelektromos hatás Termo-elektromos hatás. Belső fényelektromos hatás. Fotovezetés létrejötte. Fényelem külső tápforrás nélkül működik Fotodióda külső tápforrással működik - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Az optikai sugárzás érzékelése
Belső fényelektromos hatás
Záróréteges fényelektromos hatás
Külső fényelektromos hatás
Termo-elektromos hatás
Belső fényelektromos hatás
Fotovezetés létrejötte
foton
h > E
:
vegyérték kötési(valencia) sáv
tilos sávE, eV
vezetési sáv
Záróréteges fényelektromos hatás
Fényelem külső
tápforrás nélkül működik
Fotodióda külső
tápforrással működik
lavina fotodióda
Félvezetők fényelem készítéshez
Si-fényelem felépítési vázlata
Elektron folyamatok a megvilágított fényelemben
Megvilágítás hatására bekövetkező elektronfolyamatok
Megvilágítás hatására bekövetkező elektronfolyamatok sávképben
A fényelem helyettesítő képe
IL: fotoáram; ID: dióda áram; I0: kimenő áram
Rsh: sönt ellenállás; RS: soros ellenállás; RL: terhelő ellenállás
VD: dióda feszültség, V0: kimenő feszültség; Cj: átmenet kapacitása
VD
ID
IL
0V
I '
Cj
Rsh
sR
RL
I0
Dióda egyenlet
kT
qexpconstI
S
ahol a dióda záróirányú telítési árama
T: absz. Hőmérséklet, k: Boltzmann állandó
shD
SLshDL0 1exp IkT
qVIIIIII
Üresjárási feszültség határeset
I0=0 és Rsh (azaz Ish0),
ezen esetben:
II
II
q
kTV L
S
L
D0 lntcons1shln
Azaz a fényelem üresjárási feszültsége a besugárzás keltette árammal logaritmikusan arányos
Rövidzárási áram határeset
V0=0, azaz RL0
• gyakorlatban RSRsh,
• ha Rs0, akkor
• azaz rövidzárási üzemmódban a külső kör árama lineárisan arányos a gerjesztéssel: ISCIL
sh
SCSSCSSLsh
DSLshDL0 1exp1exp
R
IR
kT
IqRIII
kT
qVIIIIII
01exp SCSS
kT
IqRI
Fotodióda feszültség-áram karakterisztikája
Képalkotó detektorok
Ortikonimage ortikonvidikonplumbikonCCD detektor
MOS kapu
Eltemetett csatornájú p-n átmenetet tartalmazó CCD elem
kapu elektróda
foto-generált lyuk-elektron pár
p-típusú Si tömb
oxid réteg
n-típusú Si-réteg
Eltemetett csatornájú p-n átmenetet tartalmazó CCD elem sávképe
p-típusú Sitömb
átmenet
n-típusú Siréteg
kapu
oxid
Ev
b)
a)
oxid
kapu
Ev
Ec
Fermi szint
Ec
Gyakorlatban kialakított CCD pixel vázlata
CCD mátrix pixelekből épül fel, 3 fázisú CCD pixel
Töltéstovábbítás háromfázisú CCD elemben
Képfeldolgozó CCD elvi felépítése
N elembõl állóCCD sor
kiemõerõsítõ
soros kiolvasó regiszter
M db lineáris regiszter
CCD pixel spektrális érzékenysége
Külső fényelektromos hatás
Fotocella
Foto-elektron-sokszorozó
foto-katód
anód
A fotoemisszió vázlatos sávképe,
foton
vákuum szint
szabadelektron
EW
vegyértékkötési(valencia)sáv
tilossáv
vezetési sáv
Eg
h EW
Fotokatódok színképi érzékenysége
Fotokatódok színképi érzékenysége
Fotoelektronsokszorozó sematikus felépítése
Fotoelektronsokszorozó felépítési vázlata
Termikus detektorok
Termoelempár
T1 T2
Termooszlop sematikus ábrája
Cr-Ni párologtatott rétegű termooszlop
Abszolút, elektromosan kompenzált üreg-detektor
Piroelektromos cella
elektróda
besugárzás
piroelektromosanyag
sugárzást elnyelõréteg
elektróda
Fotodetektorok zaja
sörétzaj
termikus, vagy Johnson zaj
1/f, vagy flicker zaj
i qI fs 2 0
ikT
RfJ
sh
4
Érzékenység (responsivity)
zaj equivalens teljesítmény (noise equivalent power: NEP)
NEPs
qI f1
2 d•sörétzaj esetén:
•termikus zaj esetén:
•Mérhetőség (detectivity):
NEPs
kT
Rf
1 4
DNEP
1
W-1