低照明環境之攝像管

在低照明環境之攝像管的演進上，Kubota 等人在非晶硒的雪崩效 應被發現之後，隨即運用此特性(如圖 2-1)，結合傳統攝像管(如硒砷 碲或氧化鉛光導攝像管)中的電洞阻障層與電子阻障層[11]，研發出 HARP(High-gain Avalanche Rushing Amorphous Photoconductor)

broadcasting camera(如圖 2-2)。其感光層由厚度 2 µm 的非晶硒組成，

並且沉積三硫化二鍗於電子束掃描的那一面用來抑止電子束的注入 與降低二次電子的發射，而在非晶硒層與電極之間則沉積二氧化鍺

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(約 100 Å)與二氧化鈰(約 100Å)作為電洞阻障層。此三層皆由真空蒸 鍍的方式製備[2]。此 HARP 攝像管由日本日立公司投入市場，並命 名為 HARPICON。

圖 2-1 不同靶電壓下 HARP 攝像管之亮電流與暗電流特性[2]。

圖 2-2 首次出現實驗性之 HARP 真空攝像管原型[2]。

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到了 1991 年，NHK 放送技術研究所(NHK Science and Technical Research Laboratories)聯合 Hitachi Device Engineering 股份有限公司 研發出第三代 HARP 攝像管，並將它命名為「超靈敏度新超級 HARP 攝像機(Ultrahigh-sensitivity New Super-HARP camera)」。此相機之非 晶硒層厚達 25 µm，靈敏度為 CCD 相機之靈敏度的一百倍。它可用 於拍攝極光與日蝕等天文現象，也可用於拍攝幾乎終年見不著陽光的 深海景觀。除此之外，它為深夜緊急新聞之採集以及低照明的科學節 目製作的一項相當有利的工具。

圖 2-3 彩色相機(NTSC)所產生的顯示器圖像(照度 0.3 lx，光圈 F1.7)。

(a)由 HARP 相機拍攝(b)由 CCD 相機拍攝[12]。

但是此「超靈敏度新超級 HARP 攝像管」的非晶硒靶厚達 25 µm，

故如果要使此攝像管於雪崩效應的模式下操作，靶電壓就必須施加至 將近 2500 V。在如此的高電壓下，在電子束掃描區域以外的表面電 位會有升高的傾向，就使得電子束彎向高電位的地方。此現象會造成 邊緣影像的扭曲，而從硒靶增加的二次電子也會有散雜圖像的產生。

為了解決這個問題，此構造加厚了無電子束掃描，也無雪崩現象發生

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的區域。

圖 2-4 之超靈敏度新超級 HARP 相機的構造中，添加砷之目的為 降低非晶硒的結晶溫度，以增進整個攝像管的熱穩定性；添加 Te 的 目的則是使頻譜響應的範圍擴展至紅光，以符合彩色攝像機紅色信號 通道之靈敏度的標準；而添加氟化鋰的目的則是為增加捕獲電洞的能 階[11, 13]，而關於在非晶硒層內主要的添加物的添加方法、原理與目 的，將留待 2.2 節做更深入之文獻回顧。

圖 2-4 超靈敏度新超級 HARP 相機電子束掃描區域內部構造圖[11]。

總結而言，HARP 攝像管演變到現在，它除了因為雪崩現象而有 的高靈敏度的優點之外，因為其無晶粒(grainless)、均勻的結構，使 它也能夠帶給 HARP 攝像管高解析度的優點[14]。

除了用於低照明環境，HARP 攝像管也可用於像日光等照明充足 環境之拍攝，因為可利用控制靶電壓的大小，來選擇要在雪崩效應的 模式下或非雪崩效應的模式下來做拍攝。