Az optikai sugárzás érzékelése

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