西安电子科技大学：《光电探测技术与系统》课程电子教案（PPT课件讲稿）第06章 光电成像探测传感器 §6.5 其他成像探测器

§6.5、其他成像探测器 §6.5.1视像管 §65.2硅靶摄像管 §65.3光电发射式摄像管 §6.5.4微光像增强器 §6.55微光摄像CCD器件 2022/10/7

2022/10/7 1 §6.5、其他成像探测器 §6.5.1 视像管 §6.5.3 光电发射式摄像管 §6.5.4 微光像增强器 §6.5.5 微光摄像CCD器件 §6.5.2 硅靶摄像管

6.5.1光电导摄象管（视象管） 靶阿 歌焦线图 馆转绕图 校正绕图 信号极 光府 既东电松 灯丝 阴极 加速电极控制州极 2022/10/7

2022/10/7 2 6.5.1 光电导摄象管（视象管）

光电靶 摄象管的基本结构 电子枪 光窗 靶面的光敏层可进行光电转换， 它的轴向电阻小，横向电阻大，有利 光电靶 信号极于保持光电转换形成的电量潜象，并 在扫描周期内实现积分存储。 靶 电子枪 灯丝、热阴极、控制栅极、各加速电极和聚焦电极 靶网电极和管外的聚焦线圈、偏转线圈、校正线圈等，它 的作用是产生热电子，并使它聚焦成很细的电子射线，按 着定的轨迹扫描靶面。 3

2022/10/7 3 摄象管的基本结构 光电靶 电子枪 靶面的光敏层可进行光电转换， 它的轴向电阻小，横向电阻大，有利 于保持光电转换形成的电量潜象，并 在扫描周期内实现积分存储。 光电靶 光窗 信号极 靶 灯丝、热阴极、控制栅极、各加速电极和聚焦电极、 靶网电极和管外的聚焦线圈、偏转线圈、校正线圈等，它 的作用是产生热电子，并使它聚焦成很细的电子射线，按 着一定的轨迹扫描靶面。 电子枪

6.5.2 硅靶摄象管 玻增面板信号板N N-Si P-Si 电用流 b) 2022/10/7 硅靶结构图与硅靶摄象管简图

2022/10/7 4 6.5.2 硅靶摄象管 硅靶结构图与硅靶摄象管简图

硅靶 信号板：硅靶摄象管窗口玻璃内表面涂有层很薄的既可透 光也可导电的金属膜，在它上面接有引线可同负载相连。 N型硅片 硅片朝着电子枪一边的表面，先生成一层氧化层($O2), 接着利用光刻技术在$O2上光刻成几十万个小孔，再通过 掺杂使每个小孔都变成P-Si。 许多个小的P-S被SO,隔离，称为P型岛 每个P型岛与N型衬底之间即形成一个PN结（光电三 极管)。最后再在$O,和P型岛表面上蒸涂上一层电阻率适 当的彩料，即成为硅靶

2022/10/7 5 每个P型岛与N型衬底之间即形成一个PN结(光电二 极管)。最后再在SiO2和P型岛表面上蒸涂上一层电阻率适 当的材料，即成为硅靶。 信号板:硅靶摄象管窗口玻璃内表面涂有一层很薄的既可透 光也可导电的金属膜，在它上面接有引线可同负载相连。 N型硅片 硅片朝着电子枪一边的表面，先生成一层氧化层(SiO2 )， 接着利用光刻技术在SiO2上光刻成几十万个小孔，再通过 掺杂使每个小孔都变成P-Si。 许多个小的P-Si被SiO2隔离，称为P型岛 硅靶

硅靶的光电变换 信号板引线 负载电阻 靶电源的正极 电子枪的热阴极接地，扫描电子束具有地的电位 当电子束扫描到每个P型岛时，P型岛的PN结即被反偏置， 结电容被充电到靶电源电压 无光照 由于PN结有反向漏电流（暗电流），在负载电阻上要产生少 量的电压降，靶的两边成象面（信号板一边的靶面）和 扫描通朝着电子枪一边的靶面)之的电压，略低于靶电 源电压

2022/10/7 6 硅靶的光电变换 信号板 引线 负载电阻 靶电源的正极 电子枪的热阴极接地，扫描电子束具有地的电位 当电子束扫描到每个P型岛时，P型岛的PN结即被反偏置， 结电容被充电到靶电源电压 由于PN结有反向漏电流(暗电流)，在负载电阻上要产生少 量的电压降，靶的两边——成象面(信号板一边的靶面)和 扫描面(朝着电子枪一边的靶面)之间的电压，略低于靶电 源电压。 无光照

有光照 光进入到每个卫结区将产生电子一空穴对，它们被结 的内电场分离以后，光生的电子通过信号板等外电路入地， 光生的空穴则被积累于P型岛上。 如果光照是均匀的，靶的扫描面电位只是均匀地升高。 如果光照不均匀，是一幅光学图象，则扫描面上各P型岛 的电势分布，将正比于入射光学图象的亮度分布，亮度高 的点，所对应的P型岛的电势也高。 2022/10/7

2022/10/7 7 如果光照是均匀的，靶的扫描面电位只是均匀地升高。 如果光照不均匀，是一幅光学图象，则扫描面上各P型岛 的电势分布，将正比于入射光学图象的亮度分布，亮度高 的点，所对应的P型岛的电势也高。 光进入到每个PN结区将产生电子－空穴对，它们被结 的内电场分离以后，光生的电子通过信号板等外电路入地， 光生的空穴则被积累于P型岛上。 有光照

硅靶摄象管产生视频信号的过程 扫描电子束按一定的制式去扫描靶面。例如先从左上 角开始，从左向石扫，然后再一行挨着一行地从上向下扫， 当扫到最右下角时，再返回到左上角，接着扫下一帧。 相当于用一条软导线，按着一定的次序去接通每个卫 型岛。当电子束与每个P型岛接触时，靶上电子数的多少， 正比于各P型岛电势的高低。 2022/10/7 8

2022/10/7 8 硅靶摄象管产生视频信号的过程 扫描电子束按一定的制式去扫描靶面。例如先从左上 角开始，从左向右扫，然后再一行挨着一行地从上向下扫， 当扫到最右下角时，再返回到左上角，接着扫下一帧。 相当于用一条软导线，按着一定的次序去接通每个P 型岛。当电子束与每个P型岛接触时，靶上电子数的多少， 正比于各P型岛电势的高低

输出回路（靶负载电阻电源热阴极靶）中即产生与之 对应的电子流，在负载电阻士一即得到与之对应的视频电压 信号。 与此同时，被扫到的P型岛，即被拉回到地的电位，为下 帧光积分作准备。当下一帧再扫到它时，它就可以把 个帧周期时间内积累起的信息电荷，瞬时地放出来，就这 样反复下去，即可得到与光学图象亮度分布相对应的时序 视频信号。 2022/10/7 9

2022/10/7 9 输出回路（靶-负载电阻-电源-热阴极-靶）中即产生与之 对应的电子流，在负载电阻上即得到与之对应的视频电压 信号。 与此同时，被扫到的P型岛，即被拉回到地的电位，为下 一帧光积分作准备。当下一帧再扫到它时，它就可以把一 个帧周期时间内积累起的信息电荷，瞬时地放出来，就这 样反复下去，即可得到与光学图象亮度分布相对应的时序 视频信号

信号板 (Sn0,) 窗口玻璃ZnSe se ZnxCdi.x Te Sh.S 3 碲化锌镉靶摄象管 由图可见，窗口玻璃内壁涂有一层$nO,薄膜为信号板， 接着就是靶。靶有三层结构，第一层为ZnSe,属于N型 半导体，厚50~100m。第二层为碲化锌和碲化镉的困 溶体(Zn,CdiTe),属于P型半导体，厚3~5m。 2022/10/7 10

2022/10/7 10 碲化锌镉靶摄象管 由图可见，窗口玻璃内壁涂有一层SnO2薄膜为信号板， 接着就是靶。靶有三层结构，第一层为ZnSe，属于N型 半导体，厚50～100nm。第二层为碲化锌和碲化镉的困 溶体（ZnxCd1-xTe），属于P型半导体，厚3～5μm