1、第五章 直視性電真空成像器件成像物理u象管成像的物理過程u象管結(jié)構(gòu)類型與性能指標(biāo)u輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換u電子圖像的成像理論u電子圖像的發(fā)光顯示u光學(xué)圖像的傳像與電子圖像的倍增5.1 象管成像的物理過程步驟： 1. 將接收的微弱或不可見的輸入輻射 圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像 2. 使電子圖像獲得能量或數(shù)量增 加，并聚焦成像 3. 將增強(qiáng)的電子圖像轉(zhuǎn)換為可見的光學(xué)圖像實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段： 1.光陰極 2.電子光學(xué)系統(tǒng) 3.熒光屏輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換象管利用外光電效應(yīng)，將輸入的輻射圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像：光敏面接收輻射量子產(chǎn)生電子發(fā)射所發(fā)射的電子流密度正比于輻射通量分布。斯托列托夫定律：飽和光電發(fā)射的電子流密度與入射輻

2、射通量密度成正比，因此有入射輻射分布所構(gòu)成的圖像可以通過光陰極變換成電子流分布構(gòu)成的電子圖像。愛因斯坦定律：光電發(fā)射出來的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。電子圖像的能量增強(qiáng)象管中的電子圖像通過特定的靜電場或電磁復(fù)合場獲得能量增強(qiáng)。 低能量的電子圖像在靜電場或電磁復(fù)合聚焦場的洛倫 茲力作用下得到加速并聚焦到熒光屏上。 象管中特定設(shè)置的靜電場或電磁復(fù)合場稱之為電子光學(xué)系統(tǒng)，具有聚焦電子圖像的作用。也稱電子透鏡。 有些象管中還有MCP（微通道板），通過電子圖像的電子流密度倍增來進(jìn)行圖像增強(qiáng)。電子圖像的發(fā)光顯示 熒光屏的基本材料是晶態(tài)磷光體，在受到高速電子轟擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生受激

3、發(fā)光的現(xiàn)象。 熒光屏不僅要具有高的轉(zhuǎn)換效率，而且發(fā)射的光譜要和眼睛或與之耦合的光陰極光譜響應(yīng)一致。 當(dāng)象管中電子圖像的加速電壓一定時(shí)，熒光屏的發(fā)光亮度就正比于入射電子流的密度，由此，熒光屏就可以將電子圖像轉(zhuǎn)換成可見光的圖像。5.2象管結(jié)構(gòu)類型與性能指標(biāo)分類： 按照工作波段分類 變象管（紅外、紫外、X射線等） 像增強(qiáng)器 按工作方式分類連續(xù)工作象管選通工作象管 按結(jié)構(gòu)分類近貼式象管倒像式象管靜電聚焦式象管電磁復(fù)合聚焦式象管按象管發(fā)展階段分類 零代微光像增強(qiáng)器技術(shù) 一代級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器技術(shù) 采用微通道板（MCP）的二代像增強(qiáng)器 采用-族光電陰極的三代像增強(qiáng)器技術(shù) 超二代像增強(qiáng)器技術(shù) 超三代像增強(qiáng)器技術(shù)

4、 第四代像增強(qiáng)器技術(shù)近貼式X射線變象管工作原理示意圖 縮小性X射線變象管結(jié)構(gòu)示意圖1-X射線轉(zhuǎn)換屏 ；2-光陰極 ；3-聚焦極 ；4-陽極 ；5-輸出熒光屏5.3 輻射圖像的光電轉(zhuǎn)換o 光電發(fā)射的物理模型o 電子逸出表面過程的分析o 實(shí)用的光電陰極o 光電發(fā)射的極限電流密度o 光陰極面發(fā)射電子過渡過程的分析半導(dǎo)體的基本知識(shí)載流子：物體內(nèi)運(yùn)載電荷的粒子，載流子濃度 決定于材料的導(dǎo)電能力。1. 半導(dǎo)體中存在哪幾種載流子？它們是如何 產(chǎn)生的？它們的濃度決定于哪些因素？2. 半導(dǎo)體中的載流子有哪些運(yùn)動(dòng)形式？相關(guān)概念：本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體；N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體；多子，少子；擴(kuò)散電流，漂移電流一、半導(dǎo)

5、體材料1. 半導(dǎo)體電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料 電子器件常用的半導(dǎo)體材料：硅、鍺2. 半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì)a) 摻雜性：摻入微量的雜質(zhì)可使其電阻率大大降低b) 熱敏性：一些半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而明顯下降 c) 光敏性：一些半導(dǎo)體的電阻率隨光照的增強(qiáng)而明顯下降 二、本征半導(dǎo)體純凈、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的原子間以共價(jià)鍵結(jié)合，這將決定其導(dǎo)電性能2.本征激發(fā)及產(chǎn)生的兩種載流子（1）T=0K（-2730C），且無外界其他能量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子不能掙脫共價(jià)鍵的束縛，晶體中沒有自由電子，半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。（2）本征激發(fā)： T（或光照）價(jià)電子獲得足夠能量自由電子（本征激發(fā)現(xiàn)象） 空穴

6、帶單位正電荷的 載流子 本征激發(fā)的重要特征： 自由電子和空穴兩種載流子總是成對(duì)出現(xiàn)的。 自由電子和空穴兩者的濃度相等。結(jié)論：（1）本征半導(dǎo)體中由本征激發(fā)產(chǎn)生兩種載流子：自由電子和空穴；（2）本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，兩者濃度相等。（3）本征半導(dǎo)體載流子的濃度由材料性質(zhì)和溫度值決定。（4）本征載流子的濃度很低，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴-電子 半導(dǎo)體的基本知識(shí)o能帶：晶體中量子態(tài)的能級(jí)分成由低到高的許多組，分別與各原子能級(jí)相對(duì)應(yīng)，每一組都包含大量的能量很接近的能級(jí)，由于在共有化量子態(tài)能帶圖中這樣一組密集的能級(jí)看上去像一條帶子，故稱為能帶。能帶

7、之間的間隙叫禁帶，禁帶寬度對(duì)應(yīng)著從一個(gè)能帶到另一個(gè)能帶的能量差。o價(jià)帶：如同孤立原子的內(nèi)層能級(jí)均被電子填滿一樣，當(dāng)原子組成晶體后，與這些內(nèi)層的能級(jí)對(duì)應(yīng)的能帶也被電子填滿。在共價(jià)鍵結(jié)合的晶體中，從最內(nèi)層的電子直到最外層的價(jià)電子都正好填滿相應(yīng)的能帶，能量最高的是價(jià)電子所填充的能帶，稱為價(jià)帶。價(jià)帶以上基本上是空的，其中最低的空帶稱為導(dǎo)帶。電子擺脫原子的共價(jià)鍵的束縛，形成電子空穴對(duì)的過程，實(shí)際上是在導(dǎo)帶中增加了一個(gè)電子，價(jià)帶中出現(xiàn)了一個(gè)空能級(jí)。即，半導(dǎo)體中導(dǎo)電的電子，就是處于導(dǎo)半導(dǎo)體中導(dǎo)電的電子，就是處于導(dǎo)帶中的電子，而原來填滿價(jià)帶中出現(xiàn)的空能級(jí)則代表導(dǎo)電的空穴，空穴的導(dǎo)帶中的電子，而原來填滿價(jià)帶中出

8、現(xiàn)的空能級(jí)則代表導(dǎo)電的空穴，空穴的導(dǎo)電性質(zhì)實(shí)質(zhì)上使反映價(jià)帶中電子的導(dǎo)電作用電性質(zhì)實(shí)質(zhì)上使反映價(jià)帶中電子的導(dǎo)電作用。o雜質(zhì)能級(jí)：半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子可以使電子在其周圍運(yùn)動(dòng)而形成量子態(tài)。雜質(zhì)量子態(tài)的能級(jí)（雜質(zhì)能級(jí)）處于禁帶之中。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入特定雜質(zhì)而形成1.N型半導(dǎo)體（電子型） 在本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）而形成。雜質(zhì)原子提供多余電子自由電子多數(shù)載流子（施主雜質(zhì)）室溫掙脫束縛本征激發(fā)自由電子 空穴（濃度低）少數(shù)載流子（少子）（濃度大）（多子）結(jié)論：（1）N型半導(dǎo)體中多子是電子，主要由摻雜產(chǎn)生，多子濃度近似等于雜質(zhì)濃度。N型半導(dǎo)體主要是電子導(dǎo)電。（2）N型半導(dǎo)體中少子是空穴，由本征激發(fā)產(chǎn)生，少子濃度受溫度影響很大三、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入特定雜質(zhì)而形成1.P型半導(dǎo)體（空穴型） 在本征半導(dǎo)體中摻入3價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）而形成。雜質(zhì)原子產(chǎn)生空穴（濃度大）多子（受主雜質(zhì)）接受電子本征激發(fā)自由電子（濃度低）少子 空穴結(jié)論：（1）P型半導(dǎo)體中多子是空穴，主要由摻雜產(chǎn)生，空穴濃度近似等于雜質(zhì)濃度。P型半導(dǎo)體主要是空穴導(dǎo)電。（2）P型半導(dǎo)體中少子是自由電子，由本征激發(fā)產(chǎn)生，少子濃度受溫度影響很大P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)o 漂移運(yùn)動(dòng)和漂移電流 電場作用電子沿電場的反方向運(yùn)動(dòng) 空穴沿電場方向運(yùn)動(dòng) 在