光電子器件考試(DOC)

1、光電器件設(shè)計與制作11科 目：光電器件設(shè)計與制造 任教老師: 姓 名: 學號: 學院:1、光電導攝像管是如何將一幅光圖像變?yōu)殡娦盘杺鬟f出去 的？ 答：可以把這個過程簡單的分成三個步驟:F面是我畫的簡易的一個光電攝像管:透明導電膜偏轉(zhuǎn)線圈光電導層電子槍R電源光照也會在靶光電導體上面產(chǎn)生偏置電壓。由于是半導體，所以C由透明導電膜和光電導層組成了攝像管的靶面，光電導層一般都是通過工藝比如沉積法沉淀在透明導電膜上的。電源的工作電壓VT加在靶光電導體和電子束掃描槍，右端接地，即使沒有I'圖一VTRI圖二步驟一：光學圖形轉(zhuǎn)化為電荷:我們將靶面看做是無數(shù)個單位小光電導體（也稱像素單位）組成 的如圖二

2、，當光照很強的時候，發(fā)生躍遷，導電的電子就會越多。傳輸?shù)桨忻娴墓鈱W圖形中各個地方的光照度是不相同的，所以不 同部位參與導電的電子數(shù)目就不一樣。 這樣就把圖形轉(zhuǎn)換成了電 荷的分布。步驟二：電荷儲存如圖二，當R （小光電導）受到光照產(chǎn)生了步驟一里面的電 荷，每個小的光電導體就會把自己產(chǎn)生的電荷儲存在電容里面。步驟三：掃描提取存儲的電荷越多，其相應的像素點的電位就會越高。 電子槍 發(fā)射電子束對靶面進行掃描， 電子束在靠近靶面的時候受到偏轉(zhuǎn) 線圈的作用，強烈的減速，最后很緩慢的降落在靶面上，由于電子束帶負電，使得靶面的電位近似穩(wěn)定在0V，這時相當于使得 各個像素點里面存儲的電荷依次接地，就會得到各個相

3、應的像素 電位的時序電信號。最后把電信號傳出去就行了。注:上面三個步驟是最基本的步驟， 但是通常很多時候光電 導攝像管會對電信號進行增強放大， 放大的方式也有很多種，常 常采用在電子槍上面加一個電子增益器，利用二次電子發(fā)射效 應，將電流逐級倍增，這樣就增加了我們所需要的信號的強度。綜上，就完全完成了把光圖像變?yōu)殡娦盘柫恕?、簡述混合式紅外成像器件與單片式紅外成像器件的異同點和各自的優(yōu)缺點。答：由于自然界所有的物體都會輻射處紅外線，所以紅外成 像器件指的是能把紅外成的像轉(zhuǎn)化成我們?nèi)庋勰茏R別的可見光的像的器件。紅外成像器件個結(jié)構(gòu)主要是包括兩部分：紅外光敏 部分和信號處理部分。根據(jù)這兩部分的不同，我

4、們把紅外成像器 件分成了兩類：1 ）混合式紅外成像2）單片式紅外成像1.）單片式紅外成像器件：將紅外面陣探測器和 CCD（信號 處理）集成在同一片本征半導體的襯底上（這個半導體具有合適 的光譜響應如 PtSi）?？煞譃楸菊鲉纹匠上?，非本征硅單片式 成像，肖特基勢壘單片式成像。優(yōu)點：做在同一個半導體上面使得其有很高的封裝密度，較快 的工作效率，并使總的設(shè)計得以簡化。 肖特基勢壘單片式的響應均勻性好。 造價很低。缺點：非本征硅單片式使用時需制冷，而且它的響應度均勻性 都很差;本征單片式的轉(zhuǎn)移效率低，響應均勻性差，存儲容量較小。肖特基勢壘單片式量子效率很低。2.）混合式紅外成像器件：將光敏元陣列和

5、CCD（信號處理 部分）做在兩塊不同的半導體材料上面。 包括倒裝式結(jié)構(gòu)和z平 面結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：混合式就可以把高量子效率的紅外探測器和工藝上成熟的CCD結(jié)合在一起了，可以得到高性能的紅外成像器件。由于信號處理是在焦平面陣列中進行的， 所以減少了器件的弓 線數(shù)目，光學孔徑和頻譜帶寬也得以減小。缺點: 在混合式里面，探測器和多路傳輸器的互連采用了銦凸點技 術(shù)，由于冷焊銦柱需要一定的壓力， 所以會給探測器造成機械損 傷。 混合式的制造工藝用到實際生產(chǎn)上，成本很高。 探測器與傳輸器之間材料的膨脹系數(shù)對應不好，會使得探測器 陣列冷卻時使得銦對接處的剪切材料變型。 功耗比較大，芯片尺寸比較大。二者的相同點：二

6、者都是紅外焦陣列的平面結(jié)構(gòu)。即探測器在 透鏡的焦點位置。二者的不同點：結(jié)構(gòu)不同：混合式紅外成像的紅外光敏部分和 信號處理部分做在兩個半導體上面，而單片式紅外成像的紅外部 分和信號處理部分在同一個半導體上面。3、論述微光學元件在光電器件封裝中所起的重要作用。答：微光學器件，顧名思義就是很微小的光電子器件。微光學元 件在我們的日常生活中處處可見， 在很多儀器里面起著至關(guān)重要 的作用。微光學元件的封裝對其的重要性:例如我們平時使用的手機透鏡，在我們平時使用的手機里面，安放了一個微小的透鏡用來拍攝物體。由于我們平時隨時隨所以就要在手機里面對這個微小的光學器件進行封裝。里面包括一個地都在使用手機，這就需

7、要透鏡在手機內(nèi)部要十分的穩(wěn)定，前座體，一個后座體，一個外殼和一個前蓋，外殼前后貫通，凹 透鏡放在后座體上面，凸透鏡放在前座體上面， 該前座的前端內(nèi) 徑增大形成一個凹槽，透鏡安放在槽中，且槽中還有海有一個固 定環(huán)來穩(wěn)定透鏡。外殼上開了一個透光孔，透光孔上放了玻璃， 來隔絕外界的灰塵。手機透鏡這樣的封裝穩(wěn)定了透鏡， 同時提高 了拍攝圖像的質(zhì)量，是非常重要的。用微光學元件作光電器件的封裝，對其的重要性:普遍的器件都需要封裝，所謂封裝就是用絕緣的塑料材料或 者陶瓷對器件進行包裝，起到保護器件電路，便于運輸?shù)戎T多的作用。對于一些光電的器件來說，封裝也是相當?shù)闹匾?，在LED上面需要用到的封裝透鏡就是一個例

8、子。把LED IC封裝成LED光電零組件時，需要用到封裝透鏡，這里的封裝透鏡就是一個微光學元件，一次封裝透鏡直接封裝在LED上，有點膠，灌封，模壓三種方式，透鏡的材料可以用PC，光學玻璃，硅膠等。透鏡封裝在LED上面，用到的一些材料可以使得其導熱性下降， 從而使LED得到保護，同時封裝也具有良好的透光性，不影響LED光的強度。這樣的封裝對 LED這樣的光電子器件來說是十 分的重要的。4、舉例說明測試和評估光電器件可靠性的重要性。答：光電器件的可靠性指的是器件在要求的時間內(nèi)完成要求的功能。般分為固有可靠性和使用可靠性。固有的可靠性由器件的 設(shè)計，制備，封裝等決定。為了保證光電器件的可靠性，我們就

9、需要對器件的可靠性進行測試和評估。光電器件的測試一般包括 檢驗規(guī)則，對其功能的測試和對其參數(shù)的測試。1）測試老化對器件的可靠性的影響：老化試驗包括溫度老化試 驗和電老化試驗。器件在使用的過程中會隨著時間的延遲使得器 件的有些部位會發(fā)生老化， 產(chǎn)生一些不安全的隱患，我們可以通 過改變溫度和電來加速器件老化達到預測器件的壽命的目的， 時防止杜絕一些不安全的隱患。 所以對器件的的老化性的實驗就 顯得非常重要。舉個例子：在濰坊，曾發(fā)生過霓虹燈老化嚴重從 樹上垂落變成“攔路虎”事件，沒發(fā)生傷亡，但是這也能夠說明 器件的老化給我們生活帶來的災難，如果我們對器件有做過老化 性的實驗就能盡量避免，減少安全隱患

10、。2）測試環(huán)境因素對器件可靠性的影響：我們在各種各樣的環(huán)境里面使用器件，環(huán)境的不同同樣也會影響到器件的可靠性。我們可以采用模擬環(huán)境來測試個評估器件的可靠性。如果不測試，就 會有一些不安全隱患存在，釀成悲劇。舉個例子：上海一游樂園的過山車在夏日高溫運行時出現(xiàn)故障， 被卡停，事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn)是因為高溫天氣影響了過山車的傳感器的可靠性，使其出現(xiàn)了故障。這個事故說明了我們對器件的環(huán)境因素的測試時十分重要 的。3）測試和評估對其的重要性:在生產(chǎn)出來以后，需要對產(chǎn)品的性 能進行測試和評估來檢測其性能， 如果不進性測試和評估，就難 以確定其的可靠性，會導致一些潛在危險。5、論述光電集成器件的主要技術(shù)特點和未

11、來發(fā)展趨勢。答：光電集成器件在信息技術(shù)方面的特點包括光電子技術(shù)和微 電子技術(shù)。a，光電子技術(shù)主要研究光子和電子的主要特性以及在物質(zhì)或者 真空里面的運動和控制。光電子技術(shù)涵蓋了光信號的產(chǎn)生， 傳輸， 處理，接收，也包括一些新型的材料，也應用到微加工方面，集 成電路等的制作上，應用非常廣泛。傳統(tǒng)上我們把電子作為信息 的載體，但是在它在速度，容量和空間兼容性上面有局限性，采用光子作為信息的載體完全可以解決這些問題，不僅響應速度很 快，處理能力超強，而且還不受到磁場的串擾，延時短到可以忽 略不計。展望：基于這些優(yōu)點，光電子技術(shù)在未來的發(fā)展空間很大，主要應用到信息技術(shù)的領(lǐng)域。 可以利用光電子技術(shù)把全球甚

12、至通過衛(wèi)星把月球等星球用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起。還可以利用光電子技術(shù)來完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機的制作，使得計算機能夠像人一樣的進行 思考，具有處理事件的能力。b，微電子技術(shù)是應用在集成電路里面的半導體器件上面的一種 高新電子技術(shù)。具有很多的優(yōu)點比如體積小， 重量輕，可靠性高，增加運行速度很快等。微電子技術(shù)縮小了芯片里面器件的結(jié)構(gòu)，了芯片里面所包含的元件的個數(shù)。展望：基于這些優(yōu)點，微電子技術(shù)將會在未來被廣泛應用到 各個領(lǐng)域，各種各樣的器件里面，比如探測器，航天用到的探測 器就比較大，美國用到的好奇號火星探測器就足足有一個汽車那么大，這么大的體積在攜帶到太空中十分的不方便，如果用到微 電子技術(shù)集成來減小其體積，

13、則大大方便了其運輸。具體說幾個技術(shù)以及其的特點:a, SIO光電子集成技術(shù)，這項技術(shù)是在在襯底和頂層硅中 間引入了一層氧化膜，在絕緣體上形成了半導體的薄膜。 它可以 把集成電路中的元器件進行隔離， 徹底消除了體硅 CMOS電路中 的寄生閂鎖效應。這項技術(shù)的特點是，采用這種SIO技術(shù)制得的 材料用在集成電路里面，可以使集成電路集成密度高、速度快、 工藝簡單、短溝道效應小等優(yōu)點。展望：在未來，隨著低功耗集成電路的增多，SIO光電子集 成技術(shù)將會成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術(shù)。b，PID光電子集成技術(shù)，是一個將多個光收發(fā)器及合分波器集成起來的單片 WDM系統(tǒng)。它將激光器、調(diào)制器、PIN接收機以及光合波器、光分波器集成在一起，現(xiàn)在普遍用到的PID器件多采用混合光電集成技術(shù)， 即各種光子、電子元件分別制在不 同襯底上，然后拼接在一起并圭寸裝為一體。這項技術(shù)有很