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Sensori di radiazione

In questo materiale didattico relativo ai sensori di radiazione vengono trattati i seguenti argomenti. Riflessione, rifrazione, trasmissione, assorbimento, interferenza, energia, flusso, intensità. Il triangolo del colore. Parametri... Vedi di più

Esame di Dispositivi elettronici a semiconduttore docente Prof. F. Della Corte

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SENSORI DI RADIAZIONE

Sono stati probabilmente i primi sensori a semiconduttore realizzati. Le applicazioni vanno dalle

telecomunicazioni alla misura di luminosità, dalla rilevazione di particelle alla misura della

temperatura dei corpi, dalle telecamere agli scanner (imaging), ….

spettro elettromagnetico

spettro della luce

Alcuni fondamentali parametri caratteristici dell’energia elettromagnetica

sono: la la e l’energia

lunghezza d’onda, frequenza del fotone

 

frequenza [Hz] lunghezza d’onda [m]

h c = , =

 

E h 

P (costante di Planck)

2.99810 m s = 6.62610 J s = 4.13610 eV s

8 -1 -34 -15

c = , h

A questi vanno aggiunti la la e l’intensità.

polarizzazione, fase

Per le radiazioni visibili anche il colore è un parametro importante.

Le più importanti interazioni delle radiazioni elettromagnetiche con la materia

sono la la la l’assorbimento e la

riflessione, rifrazione, trasmissione, diffrazione.

L’entità di tali interazioni dipende moltissimo dalla zona dello spettro che si

considera. Ad esempio i raggi X sono caratterizzati da pressoché totale assenza

di riflessione.

RIFLESSIONE - RIFRAZIONE - TRASMISSIONE

onda piana incidente onda piana riflessa i raggi incidente, riflesso e trasmesso

-

giacciono sullo stesso piano (piano di

incidenza) normale alla superficie di

separazione fra i due materiali

- gli angoli di incidenza e di riflessione

 

sono uguali, =

i r

- gli angoli di incidenza e di

trasmissione rispettano la legge di

 

Snell: n sin = n sin

i i t t

In caso di incidenza normale si ha:

onda piana trasmessa o rifratta  

 2

n n

 t i

I I  

r o 2

n n

t i

con intensità della radiazione riflessa e intensità della radiazione incidente

I I

r o

ASSORBIMENTO

I fotoni possono essere assorbiti dai materiali attraverso una conversione della loro

energia in altre forme (riscaldamento, creazione di coppie elettrone-lacuna, … ).

Se è l’intensità della radiazione ad l’intensità della radiazione ad una

I(0) x=0,

determinata ascissa vale:

x

  

  -1

con [cm ] coefficiente di assorbimento,

x

I ( x ) I 0 e proprietà del materiale

(Legge di Lambert e Beers) INTERFERENZA

La combinazione di due onde elettromagnetiche aventi la stessa frequenza ma che

provengono da direzioni diverse produce un’onda armonica avente la stessa frequenza ed

ampiezza che dipende dall’intensità e dalla fase delle due onde originali. Si ha

interferenza costruttiva quando le due fasi sono uguali o differiscono di un multiplo intero

di 2. Si ha interferenza distruttiva quando le fasi differiscono di o di un multiplo

dispari di . ENERGIA - FLUSSO - INTENSITA’

La si occupa di misurare l’energia elettromagnetica a qualunque lunghezza

radiometria

d’onda. Nel caso di radiazioni visibili in genere si applica la Nel misurare una

fotometria.

radiazione, questa fornisce una valutazione dell’effetto della radiazione cosi’ come essa è

percepita dall’occhio umano, considerando la diversa sensibilità dell’organo alle diverse

lunghezze d’onda. IL TRIANGOLO DEL COLORE

Ciascun colore è descrivibile attraverso tre parametri soggettivi: e

crominanza, luminosità

saturazione.

La crominanza definisce l’apparenza di un colore

La luminosità definisce la quantità di luce contenuta nel colore

La saturazione definisce il grado di miscelazione del colore con il bianco ed il nero. Se un

colore non contiene bianco, si dice saturato.

L’identificazione oggettiva di un colore può avvenire attraverso l’uso del triangolo del

colore ed il diagramma cromatico della Commissione Internazionale sull’Illuminazione

(CIE). Entrambi si basano sulla teoria tricromatica del colore (Maxwell):

  

dati tre colori di lunghezza d’onda , e , colori diversi possono essere ottenuti

R G B

attraverso la miscelazione di opportune quantità (o energie) dei tre colori. Le coordinate

cromatiche (r, g, b) sono definite attraverso relazioni del tipo:

Q

 R

r  

Q Q Q

R G B

Poiché r+g+b=1, allora sono sufficienti due coordinate per identificare un colore.

PARAMETRI CARATTERISTICI DEI SENSORI DI RADIAZIONE

EFFICIENZA QUANTICA:rappresenta il numero di coppie e-h generate per ogni fotone

incidente ( 1, tranne nei casi di moltiplicazione a valanga). Generalmente aumenta

all’aumentare dell’energia del fotone.    

V I

 

 

, ,

R f R f

RESPONSIVITA’ SPETTRALE: oppure

   

 

V I

A E A E

in cui V ed I sono i segnali elettrici misurati all’uscita del sensore in presenza di una

radiazione a lunghezza d’onda modulata ad una frequenza f

RESPONSIVITA’ DI CORPO NERO: è la responsività misurata utilizzando come sorgente

un corpo nero alla temperatura T ed integrata sull’intero spettro

 

  A

 

  

2 1

  I E T Wm m

,

  

,

R T f B

    

I 

 

  5 T

e 1

 

A E d  

0 m

con A=3.74 10 W m

8 4 -2

m

B=1.4410 K (nel vuoto)

4 (Plank, 1900)

Per esempio, un fotodiodo pin in silicio con R=0.6 A/W alla lunghezza d’onda di 800 nm, se

=800

è investito da una radiazione di 500 nW a nm, fornirà in uscita una fotocorrente

  

-9 -7

pari a Ip = 0.6 (500 10 ) = 3 10 A


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Atreyu

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+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

In questo materiale didattico relativo ai sensori di radiazione vengono trattati i seguenti argomenti. Riflessione, rifrazione, trasmissione, assorbimento, interferenza, energia, flusso, intensità. Il triangolo del colore. Parametri caratteristici dei sensori di radiazione. Interazione delle radiazioni elettromagnetiche con il silicio. Fotodiodo.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria elettronica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Dispositivi elettronici a semiconduttore e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Della Corte Francesco Giuseppe.

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