一般图像传感器只能感应小于1100nm的光谱?

人眼可分辨光谱

人眼可分辨的光谱范围是380nm到780nm,现在半导体发展已经使得图像传感器的感应光谱基本已经逼近人眼功能,甚至于超越人眼的能力。

目前比较流行的图像传感器主要有CCD和CMOS图像传感器,都是一种将通过成像透镜形成的光学图像信息转换为电子信号(光电转换)的半导体器件。

图像传感器

而硅是超大规模集成电路(VLSI)中使用最广泛的材料,同时也是可见图像传感器的主要材料。

半导体的导电性

首先我们知道,半导体材料的导电性是由“导带”中含有的电子数量决定的,当电子从“价带”获得能量而跳跃至“导带”时,电子就可以在带间任意移动而导电。

能带分布结构

带隙的定义就是导带的最低点和价带的最高点的能量之差(Eg)。硅Si的带隙能量(eV)为1.11。记住这个值,后面推导会用到。

带隙能量

光电转换

图像传感器是将光子的能量转换为电子能量表现,这个过程为光电转换。

若一定通量的光子以高于半导体带隙能量Eg的能量进入半导体,即

            Ephoton = h * v = h * c / λ ≥ Eg

这里,h为普朗克常量,c为光速,v为光的频率,λ为光的波长。即光子的能量只有大于等于间隙能量才能被图像传感器(硅半导体材料)所吸收并实现光电转换。

h = 4.13566743(35)×10^(-15) eV·s, c = 299792458m/s, Eg(Si)= 1.11eV

所以波长小于1100nm的光会被吸收,并发生管子到信号电荷的转换,而硅(Si)对波长超过1100nm的光本质上是透明的,不会引起光电转换。

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