6光敏传感器.ppt

(5) 频率特性 减小负载电阻可以提高响应频率，但将使输出降低。故使用时要根据频率选择最佳的负载电阻。硅管的响应频率比锗管的好。 20 40 60 80 100 相对灵敏度（%） f(kHZ) 1 10 100 0 RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ 6.5 新型光电传感器 6.5.1 高速光电二极管 1. PIN结光电二极管 P I N P、N间加了层很厚的高电阻率 的本征半 导体I。P层做的很薄。 比普通的光电二极管施加较高的反偏压。 入射光照射在P层上， 由于P层很薄，大量的 光被较厚的I层吸收， 激发较多的载流子形 成光电流；又PIN结 光电二极管比PN结光 电二极管施加较高的反偏置电压，使其耗尽层加宽。当P型和N型半导体结合后，在交界处形成电子和空穴的浓度差别，因此，N区的电子要向P区扩散，P区空穴向N区扩散。 图6-14 PIN光电二极管 偏压 价带 导带 信号光 信号光 电极 电极 输出端 P I N PIN结光电二极管仍然具有一般PN结光电二极管的线性特性。大大减小了漂移时间，因而提高了响应速度。 2.雪崩式光电二极管（APD） 在PN结的P区外增加一层掺杂浓度极高的P +层，且在其上加上高反偏压。 偏压 输出端 价带 导带 信号光 信号光 电极 电极 P+ P N 图6-15 雪崩式二极管 射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象,因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。 注： 6.5.2 色敏光电传感器 不同区域对不同波长分别具有不同 灵敏度，浅结对紫外光灵敏度高。 N P 1 2 3 P+ 1 2 3 6.5.3、光固态图象传感器 由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成。它的核心是电荷转移器件CTD(Charge Transfer Device),最常用的是电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)。CCD自1970年问世以后，由于它的低噪声等特点，CCD图象传感器广泛的被应用在微光电视摄像、信息存储和信息处理等方面。 当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（势阱）。对于N型硅衬底的CCD器件，电极加正偏压时，少数载流子为空穴。 1．CCD的结构和基本原理 P型Si 耗尽区 电荷转移方向 Ф1 Ф2 Ф3 输出栅 输入栅 输入二极管 输出二极管 SiO2 如何实现电荷定向转移呢？电荷转移的控制方法，非常类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3 (a) Ф1 Ф2 Ф3 t0 t1 t2 t3 t Ф (b) t=t0 t=t1 t=t2 t=t3 0 电荷转移过程 2．线型CCD图像传感器 由一列光敏元件与一列CCD并行且对应的构成一个主体,在它们之间设有一个转移控制栅。当入射光照射在光敏元件阵列上,梳状电极施加高电压时,光敏元件聚集光电荷,进行光积分,光电荷与光照强度和光积分时间成正比。在光积分时间结束时,转移栅上的电压提高(平时低电压),与CCD对应的电极也同时处于高电压状态。然后,降低梳状电极电压，各光敏元件中所积累的光电电荷并行地转移到移位寄存器中。当转移完毕,转移栅电压降低,梳妆电极电压回复原来的高电压状态,准备下一次光积分周期。同时,在电荷耦合移位寄存器上加上时钟脉冲,将存储的电荷从CCD中转移,由输出端输出,从而读出电荷图形。 转移栅 光积分单元 不透光的电荷转移结构 输出 目前，实用的线型CCD图像传感器为双行结构，如图。单、双数光敏元件中的信号电荷分别转移到上、下方的移位寄存器中，然后，在控制脉冲的作用下，自左向右移动，在输出端交替合并输出，这样就形成了原来光敏信号电荷的顺序。 光积分区 输出 转移栅 面型CCD图像传感器结构 二相驱动 视频输出 ? 行 扫 描 发 生 器 输出寄存器 检波二极管 二相驱动 感光区 沟阻 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 感光区 存储区 析像单元 视频输出 输出栅 串行读出 (a) (b) 3．面型CCD图像传感器 由感光区、