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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载 1,直接带隙材料和间接带隙材料（直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带 最大值在 k 空间中同一位置；电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸取能 量；）2,直接跃迁和间接跃迁 3,什么是散射,缘由 4,光学的两个特殊角,全反射角和布鲁斯特角光由光密介质进入光疏介质时, 当入射角 增加到某种程度,会发生全反射；折射角为90 度所对应的入射角为临界角；自然光在电介质界面上反射和折射时,一般情形下反射光和折射光都是部分偏振光,只有当入射角为某特定角时反射光才是线
2、偏振光,其振动方向与入射面垂直,此特定角称为布儒斯特角或起偏角,用 b 表示；此规律称为布儒斯特定律；光以布儒斯特角入射时,反射光与折射光相互垂直；5,在迪拜长度后面那个,详细得翻书才能知道,似乎是折射率的证明（p77）6,关于散射的应用题,给一个波长函数,有两个参数待定,然后给两组数据,求出两个参数,然后再给 一个数据,求解；不难,需要求导7,一个关于光吸取能量转化的应用题,给出一堆参数, 依据能量守恒, 需要知道一些常量,比如 h,e 等8,速率方程,教材最终一节内容,知道怎么列出的9,可见光范畴 380nm760nm 10,光子频率能量范畴本征吸取：本征吸取是指在价带和导带之间电子的跃迁
3、产生与自由原子的线吸取谱相当的晶体吸取谱,它打算着半导体的光学性质. 本征吸取最明显的特点是具有基本的吸取边（吸取系数陡峭增大的波长）这种由于电子由带与带之间的跃迁所形成的吸取过程称为本征吸取；辐射复合：依据能量守恒原就,电子和空穴复合时应释放肯定的能量,假如能量以光子的形式放出,这种复合称为辐射复合（Radiative Recombination ）；辐射复合可以是导带电子与价带的空穴直接复合,这种复合又称为直接辐射复合,是辐射复合中的主要形式；此外辐射复合也可以通过复合中心进行；在平稳态, 载流子的产生率总与复合率相等；辐射复合 （ Radiative Recombination ）是等离
4、子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一,它是光电离的逆过程,对等离子中电离平稳的建立和 维护以及等离子体的辐射输运都起着重要作用；光电成像导论复习提纲（2022-12-18 ）第 1 章 光电阴极及其半导体物理基础 1.1 光电发射体的半导体物理基础 1.1.2 载流子复合过程的动力学 总复合包括两个过程：1 一个电子从导带中消逝（过程a）；2 一个空穴从价带中消逝（过程c）；四个过程的几率：1. 电子的俘获几率r a：r aV thnnNt1f 1-1 2. 电子的发射几率r b：rbenNtftf 1-2 rcVthpPN3. 空穴复合率rc： 1-3 4. 空穴发射几率r d: rdep
5、Nt1f（1-4 ）以上公式的应用范畴：非平稳条件和热平稳条件 非平稳、热稳固条件下的半导体的费米函数fnnn ieE tnn/KTpnieE iE t/KTieE iEt/KT 第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - E ippn细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载（ 1-7）E FKT /KT同,由于：EF它与费米函数不 1 P N V exp E Vexp E C E F /2 费nN C米能级 EF本身在非平稳情
6、形下是没有意义的；的概念只在平稳条件下有效；净复合率 V: Vnnn inp V thNtpnn i 2eE tE i/KTpn ieE iEt/KT（ 1-9 ）结论： 只有当复合中心处于Eg 中心时,净复合率最大；即复合中心供应一些能级,要使这些能级复合最有效,它应平分Eg；3 真实表面的复合表面的复合率为Vsnnsni eEnEp VthNstP snsP sn2 i eEiEt/KTti/KTpni（1-17 ） a 对于 P 型半导体的浅受主opsNA2ni（1-18 ）SpSnsb 对于 n 型半导体的浅施主,S nS opsND2 n isNst；（1-19 ）n s结论： 表面
7、复合速度正比于杂质浓度和表面复合中心密度1.1.3 载流子复合生成中心的来源1. 来源于晶体的结晶过程hGK外延生长条件： 在气体质量传输限制下进行, 基底温度足够高,以改善表面分子的流淌性2. 产生于某些深能级杂质；3. 产生于辐射损坏 1.2 半导体表面邻近的能带弯曲1.2.1 P 型半导体表面邻近的能带弯曲表面态的电子流向半导体的受主,使表面带正电,半导体表面邻近带负电；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 22 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - -
8、 - - - -学习必备欢迎下载P 型 GaAs,能带弯曲量为0.45ev ；电子亲和势的削减量：EaEaEFEFs结论： 表面态引起P型半导体的能带向下弯曲,降低 Ea；对于重掺杂1.2.2 n型半导体的能带弯曲结论： n 型半导体的表面态引起能带向上弯曲,增大电子亲和势；1.2.3 -V 族半导体表面邻近的能带弯曲（1）异质结假说； （ 2）表面偶极子层假说； （3）双偶极子层假说；公认模型 ：GaAs未吸附前,能带弯曲使 0.45ev ；弯曲区 a 突起的高度是 5.15ev （从 Ev=0 算）；1.2.4 获得负电子亲和势（NEA）的必要条件只有当 Eg =0.8ev 时,才能使 E
9、a 变成“ 负” ；- 族光电发射体的本征阈值波长：0hc.4 141015310 14.1 24.1 55 m 1-33 E gmin.0 88.0 1.3 光电发射的基本概念1.3.1 光电发射中心与光电发射的三个基本过程1. 光电发射中心分 3 类：第 1 类：本征；第2 类：杂质；第3 类：自由电子2光电发射的三个基本过程1.3.3 光电阴极的光吸取 0 ,本征光吸取, t 随 的增加而增加； 0 i ；杂质光吸取； i ,自由载流子光吸取；1. 光电子的逸出深度 1 NEA的光电子逸出深度L L TL n 1-36 L2 PEA 的光电子逸出深度2. 能量散射机构 4 种 ：a 自由
10、电子散射；b 电离杂质散射；c 声子散射； d 对生成散射； 第 3 页,共 22 页 1.4 粒子输运方程细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -1.4.1 粒子的流密度k2etq.N学习必备欢迎下载Nk2qkT. eqw. E. Nx ,tFx,tkTx ,t/xkTD T.Nx,/x T. E.x ,t 1-39 对于负电荷的粒子：Fx,tDT2Nx,tG LT.E.Nx,t（ 1-41 ）x1.4.2 粒子输运方程DT
11、N x t , N x t , 1-44 N x t , tX2在稳固条件下D T2N x tG LN x t0 1-45 X2 1.5 光电阴极的量子产额 单位时间从单位面积上发射的电子数为：ND ndn x0K2P A m T E|2 1-46 （1-49 ）xdx1.5.1 光电子的发射概率T（E）A 2|2|K 12 K 12K 2T EJD|JK 1KK 12.NEA 的 T（ E）T EJDa 32K3a32K3Ka 2 0 1-50 第 4 页,共 22 页 Ja 12K 1K 1入KK 1 2K K 2 324 KK K 1 3 2K 1 2sinh 2K 2 2K 3 2K
12、2 21. 反射式负电子亲和势（NEA）光电阴极的量子产额2 反射式负电子亲和势（NEA）光电阴极的量子产额细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备欢迎下载（1-62 ）, 1-63 YJPL nt1tR I01L nYL nt1tR m0x 0/L pm ex0/L p T E 13/ 2m1 KTL nm .1 3透射式负电子亲和势（NEA）光电阴极的量子产额Scosh /L nYPT s 1R tL ntDS e
13、ttt 2 2 L nD L ncosh /L nsinh /L n1-68 ）1.5.4 正电子亲和势（PEA）光电阴极的量子产额1. 反射式正 PEA光电阴极的量子产额Yn1R T E thhL 1-75 I01/2. 透射式 PEA光电阴极的量子产额Yn/I0L 1LRT Eet/L1et1/L t 1-77 t1 1.6 金属和半导体的热电子发射Richardson-Dushman s（理查生德西曼）公式2或,j0AT em/KT 1-89 理查生德西曼公式的适用条件：“ 零场发射电流密度”；1.6.2 半导体的热电子发射1. n型半导体的热电子发射j0e.nsurfacesemieg
14、2m *1K55Ea44N T e DKT3 1-96 h2j0eg12m K2T2NDeEa22KTh3N 1-97 第 5 页,共 22 页 C细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载2. P 型半导体的热电子发射j0ge 22mK T2N V1eE aE g2, 1-102 KTN Ah 3或：j0eg g27K1T11AeE aE g2, 1-103 4m m *44KT9Nh23. n型半导体与p型
15、半导体的热电子发射比较1 j 0的比较n 型半导体：j 0 N Dp 型半导体：j 0 1/ N A结论： 从降低暗电流的观点,期望光电阴极是一个重掺杂的 P 型半导体；第 2 章 光电成像器件 2.1 光电成像器件中的电子透镜2.1.2 近贴聚焦电子透镜 2.1.3 同心球聚焦电子透镜2.1.4 静电阴极透镜 静电聚焦成像系统2.1.5 电磁聚焦电子透镜磁聚焦透射式二次电子发射像增强器具有倍增屏的串联磁聚焦像增强器 2.2 光电导摄像管图 2-19 2.2.2 视频信号的产生 2.3 微光像增强器物理机制：用光电转换、电子倍增和电光显示过程的如干规律来描述；图像信息的载体是代表了景物光子强度
16、空间分布的光电子；3 大类： 1贴聚焦类； 2电聚焦类； 3磁聚焦类2.3.1 像增强器的原理及功能像增强器组成：由光电阴极、电子透镜、电子倍增器和荧光屏等组成；2.3.3 微光像增强器的典型结构和技术特点1. 双面近贴像管（代近贴管）2. 电磁复合聚焦像管细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -3. 静电聚焦像管 代倒像式微光管 学习必备欢迎下载4. 一代微光选通像 5. 一代微光变倍像管 6. 二
17、代微光倒像管 7. 二代微光近贴（薄片）像管 8. 三代微光近贴（薄片）像管 9. 超二代微光近贴（薄片）像管 10. 杂交像增强器 11. X 射线、紫外线和红外线变像管或像增强器 1 对红外线敏锐光电阴极 2 对紫外线敏锐（日盲）光电阴极 3 对 X 射线敏锐光电阴极 2.4 X 射线成像器件 实现 X射线探测和成像的传感器件：4 种 1X 射线荧光转换屏；2 光电阴极； 3MCP 光电阴极； 4 半导体光电元件；器件： X 射线成像器件系统： X 射线增感屏、 X射线像增强器、线阵或面阵 显示方式：直视系统和电视遥感系统；X 光二极管及其相应的配套光、机、电系统等；物理： 分别依据 X
18、光致荧光（转换屏） 、X 光致光电子发射（光电阴极）、X 光致 MCP二次电子发射（MCP阴极）和 X 光生载流子（半导体光电元件）等物理机制；2.4.3 X 射线光电阴极实现 X光子光电子转换的光电阴极有三种模式：1 荧光屏用基底上的可见光光电阴极；2 做在透 X 光基底上的透射式 X射线光电阴极；3 做在 MCP输入端的反射式 X 射线光电阴极；1. X 射线光电阴极的一般原理及其特点当 X 射线光子与阴极材料中的原子相互作用时,一般会发生八种非弹性碰撞过程：八个过程中,二次电子发射是X 射线光电阴极产生光电流的主要机制（占99 以上）； 2.5 固体摄像器件有 3 大类：电荷耦合器件（C
19、harge Coupled Device,即 CCD）；互补金属氧化物半导体图像传感器（即 CMOS）；电荷注入器件（Charge Injection Device,即 CID）；2.5.1 电荷耦合摄像器件（CCD）1. 电荷耦合器件的基本原理 1 电荷储备； 2 电荷转移；SCCD（Surface Channel CCD）优点： 工艺简洁,动态范畴大；缺点： 信号电荷在转移过程中受到表面态的影响,使转移速度和转移效率降低,不宜制成长线阵及大面阵器件,工作频率一般在 10MHz以下；体内沟道（或埋沟道 CCD）,即 BCCD（Bulk or Buried Channel CCD）优点： 转移
20、效率高达 99.999%以上,工作频率可高达 100MHz,能做成大规模器件；2. CCD 的工作原理按结构可分为：线阵CCD和面阵 CCD；CCD、彩色 CCD和微按光谱可分为可见光CCD、红外 CCD、X 光 CCD和紫外 CCD；可见光 CCD又可分为黑白光 CCD；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 22 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -MOS结构和光电二极管结构CCPD；学习必备欢迎下载CCPD的优点：无干涉效应、反射缺失和
21、对短波段的吸取缺失等,MOS结构光敏元； 2 面阵 CCD 面阵 CCD摄像器件有 2 种： 行间转移结构与帧转移结构； 3 彩色 CCD 2.5.2 CMOS 摄像器件1. CMOS 像素结构1. 无源像素型（ PPS）；2. 有源像素型（ APS）；2.5.3 电荷注入器件 CID 优点：1 由于有外延结构,模糊现象低,无拖影；2 整个有效面都是光敏面,实际上相当于减小了暗电流；3 工作敏捷可工作在非破坏性读出方式；4 设计敏捷可以实现随机读取方式；缺点：在灵敏度和光谱响应等光电特性方面优于1 半透亮金属电极（或多晶硅电极）对光子的吸取,使光谱响应范畴减小；2 视频线电容大,输出噪声较大；
22、2.5.4 红外焦平面器件1. IRFPA 的工作条件工作于 1 m3 m,3 m5 m和 8 m12 m的红外波段,多数探测 300K背景中的目标；3. IRFPA 的结构IRFPA组成：红外光敏部分和信号处理部分；单片式 IRFPA：混和式 IRFPA：1 单片式 IRFPA 三种类型：第一种：非本征硅单片式IRFPA；其次种：本征单片式IRFPA；第三种：肖特基势垒单片式IRFPA；4. 典型的 IRFPA 1 InSbIRFPA；2 HgCdTe IRFPA；3 硅肖特基势垒 IRFPA 4 非制冷 IRFPA；5 多量子阱（ MQW）IRFPA 2.6 红外热成像器件红外探测器分类：
23、1. 热探测器； 2. 红外光子探测器；1热探测器： 2 红外光子探测器：2.6.1 红外探测器原理和结构1. 红外热成像系统原理；2. 单元红外探测器原理 1 光电导型红外探测器原理2 光生伏特（光伏）型红外探测器原理3 红外探测器材料35 m的材料： InSb 、InAs 、Si ：Ni （掺镍硅）、Si ：S（掺硫硅）和 Si ：Ti （掺钛硅）等；814 m的材料： HgCdTe、PbSnTe、Si:Sc 掺钪硅 和 Si:Mg （掺镁硅）等；3. 线阵列红外探测器原理1 并联扫描摄像方式；2 串联扫描摄像方式；3 串并扫摄像方式；4 sprite 线列红外探测器；4. 面阵列（焦平面
24、）注视热成像器件原理1 单片式红外焦平面阵列（单元红外CCD）； 第 8 页,共 22 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -2 混合式红外焦平面阵列（混合式红外学习必备欢迎下载CCD）；基本结构：前照明结构和背照明结构第 3 章 光电成像传感器的噪声和信噪比 3.1 光电成像传感器的噪声aB11/1/2 3-4 3.1.1 散粒噪声（图3-1 ）3.1.2光电倍增器的噪声 图 3-4 ：irk2eI1Gr2eIaB11
25、/1/21 3.2 光电成像器件的信噪比3.2.1 光电成像器件的噪声1. 光电成像系统的方框图 图 3-4 2. 系统的各级噪声1 输入光敏面噪声 3-15 2 预增益机构Gf 噪声 a 信号噪声； b 暗电流噪声3 后增益机构噪声I G eIB11/1/2 3-5 14 预放器噪声1）增大负载电阻R,可使 I pre 下降,使信噪比上升2）削减摄像管的输出电容C,可使I pre 下降使信噪比上升；3.2.2 信噪比表达式 图 3-5 信号outatn maxn minGR N光电成像器件的噪声为便于运算,将各相关噪声均折合算到输入面的噪声值；1光电子的均方噪声；2. 光电阴极的暗发射和全部
26、增益单元的暗电流的均方噪声； 3. 预增益机构的均方信号噪声；4. 后增益机构均方噪声；5. 预放器均方噪声 输出端的总均方根噪声值为：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -（噪声）outG（噪声）光敏面学习必备欢迎下载in2atipre2 1/ 2G at n maxn min22 at i 1i2Aeati sigG Ae2atir GAe2GAe3-22 光电成像传感器系统的信噪比（S.N.R
27、）为：1/211 11i 光敏面2 i 1i2in . . 1 1c rR Ni光敏面 . tek1 1c r 1/2Nc rkN e G t2 i sig22fi2 ri2 pre1/2G2G23-31 . . 1 1c rR N SAE 1/2ek11 11SAE2 i 1i2in1 1r 1/2c Nr c 2 t i sig2 2 kN e G f2 i ri2 pre1/22 G2 G 3-34 . . r 1 1 R N At0 dk1/2 1r 1/21 1 1A . dr 1/21 1 N02 1i2i n 2t2 i sig2kNe G fi2 r2 i pre2 G1/22
28、 G 3-35 3.2.3 信噪比（ S.N.R ）公式的简化1/122 di c SAE1/2 3-40 1. 抱负光敏面的信噪比（S.N.R）假如光敏面是光电阴极,就 1,那么：所以 . . 2C1SAEt 1/2ek1/2 c N或者细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 22 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - . . 2C1At0学习必备欢迎下载1/2 1/122 i d 1/2c SAE d1/2 c Nk3-41 发觉目标：
29、（S.N.R ）阈值 1.2 抱负条件下：NLimit2c1/ 21 . 1.2SAEt1/ 2 3-42 c ek增加（ S.N.R ）的方法：1 增加有效光敏面A； 3-48 2 延长积存时间t （但对动态图像却受到限制）；3 增加光敏面的积分灵敏度S；运算在任何N下 R（N）的方法MTFeKN2/KN2 cneN2/N2 cneN/Nc2n方波 矩形波 调制传递函数RN 与正弦波调制传递函数MN的关系：MN/4R NR 3 N/3R 5 N/5R 7 N/7R N4/MNM 3 N/3M 5 N/5M 7 N/7 3-49 第 4 章光电微光成像 4.1 微光4.1.1 微光微光的种类：
30、 3 种1 夜间微光：月晴空,无月晴空,阴天,雾天等 ; 2 为了观看某一自然和科学现象的人为微光状态 ; 3 物体本身的热辐射产生的不行见的红外光谱,紫外光谱；2. 微光的来源及其波长范畴来源：月光,星光,大气辉光,高空 OH带辐射和云层散射；来自物体本身的热辐射；城市四周的人为辉光或人造光；4.1.2 夜天微光1. 夜天微光的光谱特性及其变化与日落、日出的时间和季节以及地理位置、大气特性等有亲密关系；4.1.3 月光月光供应的地面最大照度：0.3lx ；照度简洁变化：依靠于月亮的盈亏,月亮的高度角及气候条件；1. 月相对月亮照度的影响（图 4-5 ）2. 月亮的高度角变化对月照的影响4.1
31、.5 星光 第 11 页,共 22 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 4.2 海洋中的微光条件学习必备欢迎下载4.2.1 海面上的微光条件在日出和日落前后,海面进入微光状态；夜间微光：月光、星光和夜天光；海面对这些光的反射光；很多动植物的自然发光；海洋生物发光；4.2.2 海水中的微光状态m 之间快速增加到6070； 4.3 夜间反射率 图 4-16 ：绿色草： 0.6m 处为 10, 0.8 和 1.1绿色涂料：
32、在整个频谱内基本上保持不变；粗糙混凝土：有一些起伏；图4-16 一些一般物质的反射频谱特性4.3.1 月光辐射的反射率 4.5 人眼视觉及其微光特性从目标到微光电视再到人眼,构成统一的观看系统；自然光源的亮度与光源分布、景物照度、反射率与对比度、大气透过率、微光电视的灵敏度、辨论率等,最终都要与人眼的有关参量获得统一,以满意人眼视觉的需要；4.5.4 微光视觉与探测方程1. 戴维斯罗斯定律及其进展1 光子噪声极限信噪比小到临界最低值时就再也不能探测信号；2 罗斯定律抱负成像器件是指其性能仅受输入端光电转换中光量子随机起伏现象限制的器件；针对 105101asb 的光；辐射是一随机过程,其辐射量
33、子数的概率分布为泊松分布；涨落噪声打算于均方根 n 1/2；图 4-41 表示从目标到探测器的有关参量取如下单位： ；Din ；h2ft2 ；ts；LfL；相应系数为： 第 12 页,共 22 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -LC225.2学习必备欢迎下载const 4-26 107K2tt2 D tP适用：人眼及探测器；3 谢根探测方程A 2 4-27 LC2C24K2const22 D tP 4 谢根探测方程B
34、 取相应单位： Lcd/m2 ； （弧度）；D（厘米）；就有：L C227.521010KPt 4-29 2 D t5 科尔特曼探测方程4.5.5 LC224K2 4-30 2C2 D tP人眼在微光下的调剂与夜视才能的改造途径1. 人眼在微光下的适应与调剂四个方面：1 眼睛瞳孔； 2 感光细胞； 3 空间积存； 4 时间积存2. 改善人眼夜视才能的途径1 增大物体在视网膜上的图像；2 增大光的接收面积；3 提高接收光的效率；4 将接收到的光信息增强放大； 5 扩展响应光谱 4.6 微光透镜4.6.1 透镜参数对图像性质的影响1. 对物镜要求a 像增强器光电阴极的响应波段是0.4 0.9 m,物镜要在该范畴内消色；b 最大限度地排除杂散光；2. 微光成像系统的物镜3. 物镜参数优选设计的考虑 1 物镜相对孔径对视距的影响；2 仪器视场与物镜焦距及成像器件光敏面尺寸间的关系；3 轴外点光源成像慧差剖面分布 4.7 像增强器电子照相4.7.1 微光像增强器3. 微光摄像 CCD器件1 带像增强器的CCD器件； 2 薄型、背向照明CCD器件； 3