Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

Opto – elektrische Sensoren
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Kombination von Elementen:
kein pn - Übergang: Leiter
ein pn - Übergang: Diode
zwei pn - Übergänge: Transistor
mehrere pn - Übergänge: Thyristor
• zeilenförmig: Zeilen - Array
• flächenförmig: Flächen - Array
Photomultiplier
Zum Nachweis extrem geringer Lichtintensitäten im sichtbaren, ultravioletten und
nahinfraroten Spektralbereich verwendet man meist Photomultiplier. Ihre Funktionsweise
beruht auf dem äußeren Photoeffekt und der Sekundärelektronenemission: aus einer
Photokathode (im Vakuum) werden durch Lichtquanten Elektronen ausgelöst, die durch
eine Spannung von etwa 100 V zur nächsten Elektrode (Dynode) beschleunigt werden, wo
jedes mehrere Sekundärelektronen auslöst. Solche Verstärkungsstufen werden kaskadiert
(ca. 10), so dass an der letzten Elektrode (Anode) ein gut messbares Ladungssignal
entsteht (Sekund¨arelektronen-Vervielfacher). Mit dafür optimierten Anordnungen k¨onnen
so problemlos einzelne Photonen nachgewiesen werden (photon counting). Den
prinzipiellen Aufbau eines Photomultipliers zeigt folgende Abbildung.
Typische Geometrie eines Photomultipliers mit Frontfensterkathode (gebräuchliche Durchmesser liegen
zwischen 10 und 100 mm); aus [7].= Burle Electronics. Photomultiplier Handbook. Burle, 1987.
Kathodenmaterialien: Für Photokathoden werden Materialien aus drei Substanzklassen
verwendet: Metalle mit niedriger Austrittsarbeit (meist Mischungen aus Alkalimetallen) f¨ur
den sichtbaren Spektralbereich, Halbleiter (Telluride, Oxide) f¨ur das Ultraviolette und III-V-
Halbleiter (GaAs, GaInAs), bei denen mit geeigneter Beschichtung eine negative
Elektronenaffinität erreicht wurde, f¨ur das nahe Infrarot. Die typischen Bandstrukturen
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