光電效應(yīng)的現(xiàn)代應(yīng)用實(shí)在太多了，包括空間科學(xué)、生命科學(xué)。這是從青少年的網(wǎng)站上下載來(lái)的圖。舉一個(gè)最貼近我們生活的例子，數(shù)碼相機(jī)或者數(shù)碼攝像機(jī)，最關(guān)鍵的是CCD攝像陣列。大家買數(shù)碼相機(jī)的時(shí)候都要問(wèn)有多少像素，從200萬(wàn)像素到400萬(wàn)像素，專業(yè)的是800萬(wàn)像素，有800萬(wàn)個(gè)最基本的光電探測(cè)單元。

　　CCD實(shí)際上是電容器。MOS是什么意思？M代表金屬，O代表氧化硅，是絕緣體，S是代表半導(dǎo)體。在P型硅的半導(dǎo)體材料上長(zhǎng)一層薄的氧化層，是絕緣體，上面再放一個(gè)金屬電級(jí)，相當(dāng)于兩個(gè)金屬板組成的電容器，一個(gè)接板是金屬，另外是半導(dǎo)體的硅材料。在材料上把金屬電解加正，倒過(guò)來(lái)看這是能量的坐標(biāo)增加的方向，這是導(dǎo)帶，這是價(jià)帶，發(fā)現(xiàn)在表面的時(shí)候由于加了正電荷，勢(shì)能就下降了，形成了水井一樣的試井。如果有光入射，光子的能量大于禁帶寬度，就發(fā)現(xiàn)帶負(fù)電荷的就流到試井里去了，帶正電荷的就流到體內(nèi)去了。在每一個(gè)金屬機(jī)板的下面，一旦加正電以后，氧化層下面積累了一定數(shù)量的負(fù)電荷，這就是CCD攝像里最基本的原理。

　　CCD大體上是怎么工作的？黑的是絕緣體，二汽化層，下面是勢(shì)能的變化。有四個(gè)電極，3、1、2、3，實(shí)際上有三項(xiàng)，三跟三都是連接在一起的，用不同的時(shí)空脈鐘來(lái)控制。在四個(gè)電極上，只是把一電極上加了比較正的電壓，是十伏，這個(gè)地方形成了四極。如果有光照，試井里填充了一定的負(fù)電荷在里面。到下面一步的時(shí)候，把一電極還維持在十伏，把二電極從兩伏變成了十伏，這時(shí)在1、2兩個(gè)電極下面形成的試井合并了，變成了寬的試井，原來(lái)是在一電極下的電荷可能就要漫到二電極的下面去了，等到一、二都是十伏的時(shí)候，電荷都填充在兩個(gè)電極的下面了。再下一步把一電極的十伏降到兩伏，一電極下面的試井就要抬高一點(diǎn)，一抬高的話電荷總是要從能量高的地方轉(zhuǎn)到能量低的地方。到了這一步，只有二電極維持了十伏，其它都是兩伏，這時(shí)只有在二電極下面的試井里填入電荷。

　　回過(guò)頭來(lái)看，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的操作以后，原來(lái)存在一電極下面的電荷，轉(zhuǎn)移到二電極下面了，等于空間上移了一個(gè)位。當(dāng)然，實(shí)際的CCD有幾百萬(wàn)像素，光照了以后，在每個(gè)像素上產(chǎn)生的光的強(qiáng)弱不一樣，積累的電荷多少也不一樣。這些信息都要慢慢取出來(lái)，靠移位的過(guò)程把信息取出來(lái)，只有把它全部騰空以后，才能夠再一次取得下一幅圖像，這就是CCD工作的原理。

　　現(xiàn)在要研究天文、宇宙的起源，不管用什么樣的天文顯微鏡，最后都有攝像的基本單元，都是要利用所謂的光電效應(yīng)。現(xiàn)在都講數(shù)字地球，這是全球定位系統(tǒng)，對(duì)海洋資源、陸地資源等等定位。在空間要對(duì)地球進(jìn)行定位，最基本的必須要有一個(gè)非常靈敏的光電探測(cè)器。風(fēng)云2號(hào)照出來(lái)的地球氣象圖，每天在晚上七點(diǎn)半的時(shí)候，中央氣象臺(tái)總是會(huì)發(fā)布云圖的變化。

　　無(wú)論是在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)還是什么，美國(guó)非常厲害的就是轉(zhuǎn)幅式的巡航導(dǎo)彈。轉(zhuǎn)幅式的巡航導(dǎo)彈一般是怎么瞄準(zhǔn)目標(biāo)的？事先把轟炸的目標(biāo)拍照下來(lái)存在計(jì)算機(jī)里，發(fā)射以后，光電導(dǎo)引頭上用1064納米的激光輻射，打到地面上以后反射回來(lái)，攝取了它的圖像。把現(xiàn)場(chǎng)拍到的圖像跟存在計(jì)算機(jī)的圖像進(jìn)行比較，如果是對(duì)的，那就是說(shuō)找到了目標(biāo)。如何預(yù)防巡航導(dǎo)彈也是非常重要的。如果能夠在十公里、二十公里以外，就能夠探測(cè)到巡航導(dǎo)彈發(fā)射的1064納米輻射，這是一個(gè)波長(zhǎng)，就可以摧毀它。所以探測(cè)器在軍事上是非常有用的。

　　無(wú)論是在阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)還是在伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)，軍事戰(zhàn)區(qū)的夜視偵察是非常重要的，在夜間行動(dòng)是現(xiàn)代軍事上可以避免傷亡，能夠用最小的代價(jià)達(dá)到軍事目的。直升飛機(jī)對(duì)地偵察跟編隊(duì)飛行的時(shí)候不會(huì)被自己撞。

　　舉一個(gè)例子，S需要的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，一般需要三到五微米的波長(zhǎng)，或者八到十二微米的波長(zhǎng)，很簡(jiǎn)單，是一個(gè)半導(dǎo)體，不過(guò)現(xiàn)在把它倒過(guò)來(lái)放，CaAs也是一個(gè)半導(dǎo)體，半導(dǎo)體的禁帶寬度很窄，叫碲鎘汞。上面做一個(gè)P－N結(jié)以后，就成了最基本的像素單元，是很大的陣列，比如1024陣列，用銀球把它倒放過(guò)來(lái)，放在硅的獨(dú)出電路上，形成最基本的紅外膠屏探測(cè)器。這是中科院做的碲鎘汞半導(dǎo)體紅外探測(cè)器，放到水里有熱輻射，在完全黑暗的情況下照出來(lái)熱水瓶的形狀。

　　1024單元像素的線列，要求每一個(gè)單元的探測(cè)列都要非常均勻。在上海晚上的時(shí)候用紅外探測(cè)器拍的照片，上海的高樓大廈，細(xì)化每一個(gè)小窗口里在干什么，都是可以在夜間進(jìn)行觀測(cè)的。