最新第一节 人眼视觉与图像探测 光电成像课件教学讲义ppt课件.ppt

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1、第一节人眼视觉与图像探测光电成像课件目标探测与识别模型—美国Rand模型P1—搜索一个确定的面积，扫视到目标的概率2P2—扫视到的目标被探测的概率，涉及人眼视觉系统的对比度探测CT—50%探测概率的阈值对比度—标准偏差基于Blackwell阈值对比度实验数据，并对其进行修正，P50图2-113第二节光电探测物理效应1、概述2、半导体物理基础知识4、光伏效应5、光电发射效应6、光热效应7一、概述光电探测器：能把光辐射量转换为电量(电流或电压)的器件。按物理效应分为：光子效应和光热效应光子效应探测器吸收光子后，直接引起

2、材料原子或分子内的电子状态改变。光子效应内光电效应外光电效应光电导效应光伏效应光磁效应光电发射效应8内光电效应：光照射在某些物质材料上，在材料内部激发出导电载流子，使材料电导率变化或在材料内部建立内电场的现象。这种效应多发生于半导体材料。外光电效应：光照射在物质材料上，使电子从材料中逸出，在外电场作用下形成真空中的光电子流的现象。这种效应发生于金属、金属氧化物和半导体材料。外光电效应和内光电效应的区别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。9光辐射能量被探测元件吸收后，引起材料晶

3、格热运动，使探测元件温度升高，导致探测元件的电量变化。主要有温差电效应、热释电效应等。光热效应光子效应与光热效应的区别光子效应量子性，与光子能量h有关；对光波频率有选择性；响应速度快。光热效应积累效应，与光子能量h没有直接关系；对光波频率没有选择性；响应速度较慢；易受环境温度变化影响。10二、半导体物理基础知识能带几种能带形式晶体中的电子分布的许可能态能量分布不连续能带中包含一定能量范围内准连续分布的能级满带：完全被电子填满的能带。满带中的电子不起导电作用。价带：价电子填充的能带。对于金属来说，价带不是满带。对于

4、半导体，绝对零度时，价带是满带。导带：未被电子填满的能带。在电场作用下，由于电子运动可以形成电流。禁带：价带和导带之间的能量间隙。绝缘体的禁带很宽，半导体的禁带较窄。11导带(价带)满带金属能带图半导体能带图导带价带满带禁带空带价带满带禁带绝缘体能带图12本征半导体：I型半导体没有任何外来杂质和晶格缺陷的理想半导体称为本征半导体。半导体类型特点：在绝对零度时，不受外界影响的情况下，价带是满带，导带是空带，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，具有导电性。本征半导体

5、电子和空穴成对出现，导带中的电子浓度n和价带中的空穴浓度p相等。EcEvEg+4+4+4+4+4+4+4+4+413杂质半导体：II型半导体半导体中掺一定的其它元素，不仅可以影响起电导情况，而且可以决定导电的类型。N型半导体：能对半导体导带提供导电电子，电导主要靠导带中的电子，为电子型导电。施主杂质：能够提供导带电子的杂质。V族元素，如磷、砷、锑等。多余电子磷原子硅原子EcEvEgED++14P型半导体：能对半导体价带提供空穴，导电主要靠价带的空穴，为空穴型导电。受主杂质：能够提供价带空穴的杂质。III族元素硼、铝、

6、镓、铟等。特点：施主能级位于半导体导带底之下，与之靠近；施主杂质电离能小于半导体禁带宽度；电子是多数载流子(多子)，空穴是少数载流子（少子），空穴是本征激发产生的。空穴硼原子硅原子EgEcEvEA--15特点：受主能级位于半导体价带顶之上，与之靠近；受主杂质电离能小于半导体禁带宽度；空穴是多数载流子(多子)，电子是少数载流子（少子），电子是本征激发产生的。半导体材料对光辐射的吸收当光辐射照射在半导体上时，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，非平衡载流子是产生

7、内光电效应的本质原因。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。16三、光伏效应又称为光生伏特效应，是一种内光电效应。不同类型的半导体在其接触面处形成内部自建电场－－又称为电势垒、结，在结区产生电位差。当照射光激发出电子空穴对时，自建电场将电子空穴分开，在结的两侧形成电荷堆积，形成光伏效应。1、PN结PN结形成前EcEcEvEvEFpEFnPN++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子17P型材料和N型材料结

8、紧密接触，内电场E空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电荷区阻止多子扩散，促使少子漂移PN结合18PNEcpEvpEFpEFnEcnEvnE达到热平衡内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层扩散电流＝漂移电流总电流＝0自建电场电势差19光生载流子导致PN结少子浓度变化，加速少子扩散，减弱空间电荷势