1. 什么是圖像傳感器？

?圖像傳感器（image sensor）是利用光電器件的光電轉換將感光位置上的光學圖像信號轉換為電學信號的一種器件。在現代電子技術中，圖像傳感器可以實現獲取、記錄以及重現拍攝對象的光學圖像信息。

常見的圖像傳感器主要有兩種：CMOS圖像傳感器（CMOS image sensor，CIS）和電荷耦合器件（Charge-coupled Device，CCD）。雖然CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器在設計、制備、結構和應用上都存在著很大的區別，但是兩者的基本光電轉換單元都是一個簡單的硅基光電二極管（Photodiode, PD）。本文主要圍繞“半導體（硅）材料的光電轉換原理來描述”。

2. 半導體中的光電轉換原理

當一個光子進入半導體后，如果其所攜帶的能量Ephoto大于等于半導體的禁帶寬度Eg。以硅材料為例，其禁帶寬度：Eg=1.12 eV (溫度T=300K時)，因此對于硅材料而言，光子進入后能否被吸收的判定條件為：

Ephoto=hc/λ≥Eg=1.12 eV

其中，h為普朗克常量；c為光速。λ為光子波長，這就意味著光子的波長越長，越難被半導體材料吸收，且通過上式可以計算出被硅吸收的波長上限約為1150nm。

當半導體材料吸收這份能量后，并激發價帶中的電子躍遷進入導帶，同時在價帶中留下空穴。并且在硅材料中，光子的吸收概率與其入射硅材料的深度x相關，在深度為x處，增量?x的范圍內，被吸收的光子數目nphoto可以表示為：

nphoto(x)=-α?Φphoto(x)??x

其中α為光子在硅材料中的吸收系數；Φphoto(x)為在深度x處的光通量。光通量與吸收系數之間的關系可以表示為：

Φphotox=Φphoto?exp?(-αx)

其中Φphoto在硅材料表面的光通量。

另外，當某一波長的光抵達半導體內部的某一位置時，其光通量變為表面的1/e，我們將這一位置稱為吸收深度xabs。即：

α?xabs=1

xabs=1/α

下圖給出了硅材料中入射光波長、吸收系數以及吸收深度之間的關系曲線。

硅材料中入射光波長、吸收系數以及吸收深度之間的關系

參考文獻：

1. CMOS有源像素電荷傳輸機理與噪聲研究_韓立鏹

2.?Smart cmos image sensors and applications

下一篇將主要圍繞“其光電轉換單元---光電二極管描述圖像傳感器中的感光部分”。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【图像传感器】--- 半导体中的光电转换的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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