Lysbilde%201

1
Figur 1-2 Gitterstruktur
Elektronenergier i gitteret (Figur 1-2)
Forbudt område, energigap
2
Energiskjema for ledere, halvledere og
isolatorerSer på de to øverste båndene
Ledningsbåndet og valensbåndet
(Figur 1-3)
3
Kald krystall (silisium), isolator (ingen
bevegelige elektroner)
Romtemperatur, dårlig leder halvleder
(silisium)
4
N-doping av Si-krystall (Figur 1-4 og
1-5) Tilsetting av fremmedatom med 5 elektroner
i ytterste skall
5
N-doping av Si-krystall (Figur 1-6 og
1-7) Tilsetting av fremmedatom med 3 elektroner
i ytterste skall
6
Hullstrøm
1) 2) 3)
Elektronhopp mot venstre betyr at hullet går mot
høyre. Hullet har positiv ladning, fordi et
elektron mangler.
Tid
7
Doping og energi, en oversikt
Halvleder
p-dopet halvleder
n-dopet halvleder
Energi
Energi
Energi
Ledningsbånd Nesten tomt
Ledningsbånd Nesten tomt
Inndopedeelektroner
)
)
Valensbånd Inndopede ledigeplasser, hull
Valensbånd Fullt
Valensbånd Fullt
) De inndopede elektronene havneregentlig på et
energinivå like underledningsbåndet, kalt
donornivå.
) Hullene havner egentlig på et nivå like over
valensbåndet, kalt akseptornivå.
8
Figur 1-10 En p-n overgang kan tenkes dannet på
denne måten.Si-atomene er ikke tegnet!
1)

1. Skjøter sammen to krystallbiter.Elektroner
   diffunderer (termiske hastigheter)
2. Elektroner okkuperer ledigeplasser. Det dannes
   negative ioner og positive ioner.
3. p-side Nøytralt område med p-doping.n-side
   Nøytralt område med n-doping.Sperresjikt Ladet
   område, negative ioner på p-siden og positive
   ionerpå n-siden.
4. Sperresjiktet ligner en plate-kondensator med et
   elektrisk feltfra pluss til minus.

2)
3)
4)
9
E
Diode i lederetning Svekking av feltet
isperresjiktet slik at ladninger kan passere
p
-
side
n
-
side
p
-
side
n
-
side
sperresjikt
sperresjikt
(Fig. 1-13)
E
p
-
side
n
-
side
p
-
side
n
-
side
Diode i sperreretning Styrking av feltet
isperresjiktet slik at ladninger ikke kan
passere
sperresjikt
sperresjikt
(Fig. 1-12)
10
Lysfølsom motstand, LDR (Light Dependent
Resistor)
(Figur 1-14)
Det som begrenser strømmen i kretsen er antall
elektroneri ledningsbåndet i den lysfølsomme
motstanden.
11
Lysfølsom motstand, LDR (Light Dependent
Resistor)
hf
hf
Bestråling
Fotoner treffer elektroner i silisiumkrystallen.
Fig. 1-15
Resultat
Elektroner slåes ut (fotoelektriskeffekt) dersom
fotonet har nok energi. Det skapes elektron-hull
par. (To par på tegningen). Flere elektroner
betyrbedre ledningsevne/mindre motstand
12
Fotodioden, Figur 1-16
13
Dette skjer i Fig 1-17
14
Figur 1-17 Fotodioden. Strålingsenergi
elektrisk energi.
15
Billeddannende sensor, CCD
Charge Coupled Device
5 bilder om punkt 1.3.4
16
Hva er et digitalt bilde? Et digitalt bilde er
et bilde gjort om til en matrise av tall.
0 100
200 255
Lysskala
Svart grått
hvitt
17
linse
Sensoren plasseres i bilde-planet
Objekt
Hvert element (pixel) i matrisen er en sensorsom
registrerer lysmengden (antall fotoner)som
treffer.
Ulike antall fotontreff.
I dette eksemplet er det brukt 81 sensorer
Hva betyr antall pixler for bildets kvalitet?
18
Halvlederkrystaller i matrise
En følsom sensor ca 70 av fotonene skaper
ladning, mot ca 2 som lager spor i en
gammeldags fotografisk film.
E Det elektriske feltet i p-n overgangen
Drar elektroner mot høyre
n
p
Forklaring til Fig 1-19
E
Antall elektroner her er et målfor antall
fotoner som treffer iløpet av eksponeringstiden.
Fotonet slår ut ett elektron som dras overtil
n-matererialet.
19

• Hver pixel har en ladningsmengde som avhenger av
• belysningen.
• Mange fotoner (lyst område) stor ladning
• Få fotoner (mørkt område) liten ladning

• Ladningene i hver pixel avleses elektronisk
• Ladningsverdiene settes inn på en lys-mørke
  skala,for eksempel 0 -gt 255

Animasjon (fargebilde)?
210 75 73 67205 199 248 4246
251 248 72215 84 210 7
Mer om farger 1) Bayer-filter1,
Bayer-filter22) Bayer-filter med teskje
(You-tube)
20
Lysforsterker
Hovedidé 1) Ett foton frigjør ett elektron
(fotoelektrisk effekt) 2) Dette ene elektronet
akselereres i et elektrisk felt og skaper
et elektronskred 3) Den store elektronmengden
kan så skape lys på samme måten som i en
TV-skjerm
Problem Hvordan skape et elektronskred? Svaret
er fotomultiplikatorer
Fotomultiplikator, gammel type-1
Antall elektroner som funksjon av spenning
Fotomultiplikator, gammel type-2
Fotomultiplikator, ny type
21
Den store oppfinnelsen er mikrokanalplaten
Tynne rør (diameter ca 6 mikrometer)
Høy spenning
22
Prinsippskisse
Fotokatode i optikkens billedplanFotoelektrisk
effekt
Elektronene treffer en skjerm, eksiterer
atomersom så sender ut fotoner (som i
billedrør-TV)
Fotoner mot sensor, CCD
Animasjon Viser hele systemet fram til CCD
sensoren
Mikrokanalplate
23
Lysemiterende diode Skal denne overta all
belysning?
Figur 2-7
24
Kan vi få dioder med hvitt lys?
The wavelength (color) of light produced by a
light emitting diode is determined exclusively
by the nature of the doped semiconductor
materials and is independent of dyes utilized to
color the epoxy dome lens. Typical visible
wavelengths emitted by semiconductor diodes are
red (650 nanometers), orange (620 nanometers),
yellow (585 nanometers), green (555 nanometers),
and blue (480 nanometers). White light LEDs are
manufactured by a variety of mechanisms, but
often contain a phosphor material in the
reflector cup that intercepts high-energy blue
light from the diode and emits secondary
radiation across the entire visible light
spectrum.
25
Halvleder-laseren. Billig og liten, i størrelse
ned til et sandkorn. Tvillingen til LED, men
speil sørger for stimulet emisjon
Figur 2-8