Technische Optik in der Praxis

200 7 Optoelektronik-Komponenten
Abb. 7.22. Detektor mit Elektrometerverstärker
Fotodiode im Leerlauf als Spannungsquelle arbeitet. In der Schaltung von
Abb. 7.22 wird die Fotodiode ohne Vorspannung als Element und der OPV als
Elektrometerverstärker betrieben. Es stehen OPV mit sehr geringen
Eingangsströmen zur Verfügung. Die Ausgangsspannung resultiert aus
UF · (R2 + R1) /R1, wobeiUF gemäß Gleichung (7.7) logarithmisch von der
Bestrahlung abhängt.
Die Detektorsignale können auch unmittelbar speziellen integrierten AD-
Umsetzern zugeführt werden. So erlaubt z. B. der DDC110 von Burr-Brown
die direkte rauscharme 21-Bit-AD-Umsetzung von kleinsten Strömen hochohmiger
Pin-Fotodioden mit einer Auflösung, die besser als 1 fA ist.
7.4 CCD-Sensoren
7.4.1 MOS-Kondensator
CCD-Sensoren (CCD = charge coupled device) [18] bestehen aus einem Array
von MOS-Kondensatoren (Metall-Elektrode, SiO2 und Si-Substrat), die
durch Bestrahlung erzeugte Ladungen speichern und transportieren können.
Die Bestrahlung von der Oberseite setzt transparente Elektroden voraus. Bei
der Rückseitenbestrahlung muß das Si-Substrat sehr dünn (15 bis 30 µm)
sein.
Abbildung 7.23 veranschaulicht die optoelektronischen Vorgänge am MOS-
Kondensator mit transparenter Elektrode.
Die obere transparente Elektrode wird gegenüber dem p-dotierten Si-
Substrat positiv vorgespannt. Es baut sich unter der SiO2-Isolationsschicht
ein an Ladungsträgern verarmter Bereich (,,Potentialtopf“) mit elektrischem
Feld auf. Bei Bestrahlung werden durch die eindringenden Photonen Elektron-Loch-Paare
generiert. Im Bereich des elektrischen Feldes driften die
Elektronen zur Isolationsschicht (im Topf) und die Löcher in das feldfreie
p-Si-Substrat.
Weitere Photonen sorgen für weitere Elektronen, die vom Verarmungsbereich
eingesammelt werden und diesen gleichzeitig abbauen. Der Verarmungsbereich
ist fast abgebaut (der Topf voll), wenn nahezu soviele Elektronen
generiert und an der SiO2-Grenzschicht eingesammelt wurden, wie ihnen positive
Ladungen auf der oberen Elektrode gegenüber stehen. Die Elektronen
im Topf stellen ein Bestrahlungsäquivalent dar, solange die Anzahl der durch