Instrumentelle Analytik Strahlungsdetektoren Seite 2.3.3

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2.3.3 Strahlungsdetektoren
Die heute gebräuchlichen Strahlungsdetektoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden:
 Quantendetektoren oder photoelektrische Detektoren nutzen den äußeren Photoeffekt
(z.B. Photozelle, Photomultiplier) oder den inneren Photoeffekt (z.B. Photowiderstand,
Photodiode, CCD).
Funktionsprinzip: Durch Absorption einzelner Photonen werden freie Ladungsträger erzeugt.
 Thermische Detektoren (z.B. Bolometer , Thermopile, Pyrometer)
Funktionsprinzip: Temperaturerhöhung durch Absorption einfallender Strahlung.
Die Änderung einer temperaturabhängigen Messgröße (z.B. Thermospannung oder Widerstand)
ist dann proportional zur einfallenden Strahlungsleistung.
1) Da das 1/f-Rauschen mit der Vorspannung zunimmt, ist im photovoltaischen Modus das
Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Empfindlichkeit bei Frequenzen bis 1 kHz höher als
im photoleitenden Modus.
2) Im photoleitenden Modus ist die Kapazität der Grenzschicht geringer und damit die Ansprechzeit
geringer. Er ist besser für gepulsten Betrieb geeignet.
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Detektorauswahl
Bei der Auswahl des optimalen Detektors sind besonders folgende Eigenschaften zu berücksichtigen:
 spektrale Empfindlichkeit S
 Wellenlängenbereich des Detektors
 Ansprechzeit, Anstiegsverhalten
 Bandbreite des Detektors
 Signal-Rausch-Verhältnis SNR, Detektivität D*
 rauschäquivalente Strahlungsleistung NEP
Rauschen in einem Detektorsystem
Thermisches Rauschen
Ursache: Thermische Anregung (therm. Bewegung) von Elektronen in Bauelementen
(Widerstand, Kondensator, Detektor) führt zu Ladungsverschiebungen und erzeugt statistische
Spannungsschwankungen. Thermisches Rauschen existiert in jedem elektrisch leitenden
Bauteil mit Widerstand R, auch ohne Strom. Für die effektive Rauschspannung gilt:
u RMS  4kTRf
R = Widerstand des Bauteils
f = Bandbreite
k = Boltzmannkonstante
Photonenrauschen (Impulsrauschen)
Ursache: Photonen treffen nicht gleichmäßig auf den Detektor, sondern statistisch verteilt.
Dieselben statistischen Schwankungen gelten dann auch für die Photoelektronen, bzw. für den
Photoelektronenstrom. Für den effektiven Rauschstrom gilt:
iRMS  2 Ief
I = Strom durch das Bauteil
f = Bandbreite
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Kenngrößen von Detektoren
1) Quantenwirkungsgrad

Anzahl der erzeugten Photoelektronen / Zeiteinheit ne

(typ 0,7 für SiPDs; 0,1 für SEVs)
Anzahl der auftreffenden Photonen / Zeiteinheit
nPh
2) Spektrale Empfindlichkeit
S 
  nPh  e
i
i
 e
Photostrom
 Ph  Ph 
 

einfallende Lichtleistung POpt hf  nPh
hc  nPh
hc
[S ] 
A
W
3) NEP (Noise Equivalent Power - Rauschäquivalente Strahlungsleistung)
Lichtpegel, der ein Signal-Rausch-Verhältnis von 1 produziert.
Lichtpegel (in W), der dem Rauschstrom (in A / Hz ) des Detektors entspricht:
Da der Rauschstrom proportional zur Wurzel aus der Bandbreite Δf des Detektors ist
~
benutzt man einen normierten Rauschstrom iNoise
 iNoise / f .
iPh  S   Popt
~
iNoise
 S  NEP  NEP 
NEP 
~
iNoise
Noise Strom [A/ Hz ]

S
Empfindlichkeit [A/W]
Noise Strom [A/ Hz ]
Empfindlichkeit [A/W]
[ NEP] 
W
Hz
4) Detektivität D (spektrales Nachweisvermögen)
Die Detektivität D ist eine wichtige Vergleichsgröße zur Beurteilung von Quantendetektoren.
D
Empfindlichkeit [A/W]
1

Noise Strom [A/ Hz ] NEP
Da der Rauschstrom i.a. auch proportional zur Wurzel aus der effektiven Detektorfläche A ist
(je kleiner die Fläche, um so geringer der Rauschstrom), normiert man den Rauschstrom auch noch
auf die Fläche A ( i*Noise  iNoise / f  A ) und erhält die spezifische Detektivität D*.
D* 
spektrale Empfindlichkeit [A/W]
normierter Rauschstrom [A/ Hz  cm 2 ]

S
i
 Ph
iNoise / A  f iNoise
A  f
POpt
cm Hz
W
Da iPh/iNoise = SNR folgt:
D* entspricht dem auf Bandbreite, Detektorfläche und Lichtleistung normierten SNR.
[ D*] 
Beispiel: S1633 Si-PIN Diode Hamamatsu
NEP = 10-13 A/ Hz ; D* = 3*1012 cm Hz /W; A = 9 mm2 ; POpt = 10-6 W; Sλ = 0,5 A/W
D* 
iPh  A  f
POpt  iNoise
 SNR 
iPh
iNoise

D * POpt
A  f
=
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Normierte Detektivität D*
Abb.: Normierte Detektivität D* (spez. Nachweisempfindlichkeit) von Halbleiterdetektoren
(Photowiderstände, Photodioden) und thermischen Detektoren als Funktion der Wellenlänge.
Die Detektivität eines idealen Detektors ist durch das Rauschen der thermischen
Untergrundstrahlung bei der Umgebungstemperatur begrenzt.
Der steile Abfall der Kennlinien der Halbleiter auf der langwelligen Seite rührt daher, dass die
Energien der Quanten nicht mehr zur Überwindung der verbotenen Zone ausreichen.
Wellenlängenbereiche von Strahlungsdetektoren (UV, VIS, IR)
Abb.: Typischer spektraler Arbeitsbereich verschiedener Strahlungs-Detektoren.
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2.3.3.1 Quantendetektoren
Photomultiplier SEV (Sekundär-Elektronen-Vervielfacher)
Prinzip:
Einfallende Photonen lösen Elektronen aus der Photokathode, wenn die Energie der Photonen größer
ist als die Austrittsarbeit der Elektronen. Eine positive Spannung von ca. 100 V saugt die
Photoelektronen ab und lenkt sie auf ein System von positiv vorgespannten Dynoden
(Prallelektroden), wo sie Sekundärelektronen auslösen.
Dabei erzeugt jedes Elektron im Mittel δ > 1 Sekundärelektronen ( = Sekundärelektronenausbeute),
welche weiter zur nächsten Dynode beschleunigt werden und weitere Sekundärelektronen erzeugen.
Dieser Vorgang wiederholt sich bis an der Anode eine Elektronenlawine ankommt.
Die Beschleunigungsspannung an den Dynoden wird mit einer Spannungsteilerkette
(außerhalb der Röhre) erzeugt.
Abb.: Schema eines
“Head-on“
Photomultipiers
UDyn  100-300V
Abb.: Schema eines
“Side-on" Photomultipliers
0 = Beschichtete Photokathode
1-9 = Dynoden
10 = Anode
Anode
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Spektrale Empfindlichkeit gebräuchlicher Photokathodenmaterialien
Abb.: Spektrales ElektronenEmissionsvermögen
Bialkali steht für binäre
Mischungen aus K, Cs und Sb.
Für den UV/ VIS-Bereich werden
auch Multialkali-Photokathoden
des Typs Na-K-Cs-Sb eingesetzt.
Für den NIR-Bereich werden auch
Ga-In-As-und Cs-Te-Kathoden
verwendet.
Photomultiplier gehören zu den empfindlichsten Strahlungsempfängern im UV, VIS und NIR.
Sie haben eine hohe Bandbreite und geringes Rauschen.
Typische Merkmale:
 Signalumwandlung und Verstärkung in einem Bauteil
 hohe Empfindlichkeit (Verstärkung 106 - 107)
 Anstiegszeit im ns-Bereich
 geringes Rauschen (Photonenrauschen in der Kathode und Dunkelstrom durch thermische
Emission von Elektronen aus der Kathode)
 Wellenlängenbereich 180 – 1100 nm (abhängig vom Kathodenmaterial - siehe Graphik)
Beispiel: Popt = 1 nW;  = 0,1;  = 0,5 µm (hf  2 eV); n = 10 Dynoden;  = 5
=> Verstärkung V =  n = 510 = 107 Elektronen/Photon an der Anode
  POpt
e =
=> Photostrom iPh  V
hf
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Halbleiterdetektoren:
Halbleiterdetektoren nutzen den inneren Photoeffekt aus.
Einfallende Photonen erhöhen die Zahl der freien Ladungsträger.
 In Photowiderständen (z.B. PbS, HgCdTe) sinkt der Widerstand bei Strahlungsabsorption.
 In Photodioden (z.B. Si, Ge) wird ein pn-Übergang zur Trennung der Ladungsträger benutzt.
Photowiderstände
Die Änderung des ohmschen Widerstandes von Halbleitern bei Bestrahlung mit Licht heißt
Photoleitfähigkeit. Die Widerstandsänderung wird in einem Stromkreis über die Spannungsänderung
an einem äußeren Widerstand RI nachgewiesen.
c Schaltung
Abb.: Photoleitfähigkeit im Bänderschema
a) Nach der Elektron-Loch-Paarbildung wandern beide Ladungsträger im elektrischen Feld:
Die Größe der Energielücke Eg bestimmt die Mindestenergie der Photonen.
Beispiele: - PbS, PbSe, InAs, InSb (NIR bis ca.5 µm)
- HgCdTe sog. Mercatel oder MCT (MidIR bis 25 µm)
b) Die Energielücke kann durch Dotierung verringert werden (Störstellenhalbleiter)
Einer der beiden Ladungsträger bleibt aber an die Fremdatome gebunden.
Beispiele: - dotierte Halbleiter mit Ge oder Si als Wirtskristall
c) einfache Beschaltung eines Photowiderstandes (U ~ RI ~ Licht)
Halbleiterdetektoren für den
IR-Bereich können oft nur
gekühlt betrieben werden:
Trockeneis: -77 °C;
flüssiges N2: 77 K;
flüssiges He: 4,2 K
Neuere Detektoren auf der
Grundlage von HgCdZnTe
können im Wellenlängenbereich
von 2 µm bis 12 µm bereits
bei Zimmertemperatur
eingesetzt werden.
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Photodioden
Wird ein pn-Übergang mit Licht bestrahlt, werden die in der sog. “Raumladungszone“ erzeugten freien
Elektronen-Lochpaare durch ein "eingebautes" elektrisches Feld (Diffusionsspannung) getrennt.
Die Elektronen wandern zur n-, die Löcher zur p-Seite des Übergangs.
Diese Ladungstrennung geht ohne äußere Spannung vonstatten, sie kann aber durch Anlegen einer
Spannung beeinflusst werden.
Abb.: Aufbau einer Si-Photodiode.
Ladungstrennung in der Raumladungszone RLZ
Der pn-Übergang:
 Werden p- und n-Typ Halbleiter miteinander in Kontakt gebracht, dann diffundieren infolge der
großen Konzentrationsunterschiede Elektronen aus dem n-Gebiet in das p-Gebiet und Löcher aus
dem p-Gebiet in das n-Gebiet. Dadurch entstehen im Bereich des pn-Übergangs eine an beweglichen Ladungsträgern verarmte positive und negative Raumladungszone (Verarmungsschicht).
Diese lokalisierten Raumladungen der Donatoren und Akzeptoren in der Raumladungszone
erzeugen ein elektrisches Feld (und einen Spannungsabfall U), das der Diffusion entgegenwirkt.
Die Gleichgewichtsspannung heißt Diffusionsspannung UD - für Si ca. 0,7 V.
 Lichtquanten, die in die Grenzschicht einfallen, erzeugen Elektronen-Loch-Paare.
 Das innere elektrische Feld der Raumladungszone führt zur Trennung der Ladungsträger.
Die Elektronen driften in den n-Bereich, die Löcher in den p-Bereich.
 Die Diffusionsspannung wird etwas abgebaut. An den Enden der Diode ist dieser Spannungsabbau
im sog. Elementbetrieb als Leerlaufspannung U0L abgreifbar (U0L < UD).
 Wird die Diode kurzgeschlossen, erzeugen die vom elektrischen Feld in der Raumladungszone
getrennten Ladungsträger im Elementbetrieb den sog. Kurzschussstrom.
( Strom-Spannungs-Kennlinie)
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Von der Raumladung zum Bänderschema
a) Raumladung
Durch Diffusion entsteht eine
an beweglichen Ladungsträgern
verarmte Schicht.
b) Elektrisches Feld in der RLZ
Die verbleibenden lokalisierten Ladungen
der Donatoren und Akzeptoren erzeugen
ein elektrisches Feld bis Gleichgewicht
herrscht zwischen Diffusion (aufgrund
des Konzentrationsunterschieds) und
Drift (aufgrund des elektr. Feldes).
c) Potential (Spannung)
Es bildet sich ein Spannungsabfall
über der Raumladungszone,
die sog. Diffusionsspannung UD.
d) Energie (Bänderschema)
Die Energie (W = -eU) folgt dem
Potentialverlauf.
Freie Elektron-Lochpaare, die in der
RLZ erzeugt werden driften an den
Rand und erzeugen eine außen
abgreifbare Spannung U0L.
(in Richtung des Sperrstroms !)
Elementbetrieb (photovoltaic mode)
Fotodiode wird als Spannungsquelle genutzt (Lichtleistung
wird direkt in elektrische Leistung umgewandelt).
 zwei Grenzfälle:
Kurzschlussbetrieb (RL = 0) und
Leerlaufbetrieb (RL = ∞)
 Kurzschlussstrom proportional zur Beleuchtungsstärke,
hat die Richtung des Sperrstromes !
 Leerlaufspannung nahezu T-unabhängig
Anmerkung: infolge des hohen Sperrschichtwiderstandes
gelten RL von einigen kΩ bereits als Kurzschluss.
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Photoleitungsbetrieb (photoconductive mode - Widerstandsbetrieb - Sperrbetrieb)
 An die Diode wird eine Spannung in Sperrrichtung angelegt.
 RLZ verbreitert sich und die Feldstärke E in der RLZ erhöht sich.
 Ohne Licht fließt wegen des hohen Widerstandes der
Verarmungsschicht ein sehr kleiner Sperrstrom (Dunkelstrom).
 Sperrstrom erhöht sich proportional zur Beleuchtungsstärke
 Detektorsignal.
 Wegen der hohen Feldstärke und der geringen Kapazität fließen
die Ladungsträger sehr schnell über den äußeren Stromkreis ab:
 Grenzfrequenz: mehrere 100 kHz bis einige MHz
Nachteile: relativ große T-Abhängigkeit des Sperrschichtwiderstandes.
Dunkelstrom verdoppelt sich alle (6-7) K T-Erhöhung.
Stärkeres Rauschen als im Elementbetrieb.
Strom-Spannungskennlinie
I  I 0 exp(
eU
kT
Stromspannungskennlinie des pn-Übergangs
 1)  I Ph
(I0 = Sperrsättigungsstrom)
Strom-Spannungskennlinien einer
Photodiode
Photostrom und Lerrlaufspannung
als Funktion der Bestrahlungsstärke
a) Arbeitspunkt im photovoltaic mode (Quadrant IV)
U UR  0
I  IR 
UR
U

R
R
I (U )  Kennlinie

Kurve (1)

Kurve (2)
Schnittpunkt = Arbeitspunkt B
b) Arbeitspunkt im photoconductive mode (Quadrant III)
U U R  U0  0
I  IR 
U 0 U
UR

R
R
I (U )  Kennlinie

Kurve (1)

Kurve (2)
Schnittpunkt = Arbeitspunkt A
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PIN-Photodiode (verbesserte Photodiode)
Bei der PIN-Photodiode werden die dotierten Zonen
durch eine undotierte i-Zone getrennt.
Dadurch vergrößert sich der Raumladungsbereich und
die von tiefer eindringenden Photonen erzeugten
Elektron-Loch-Paare tragen auch zum Photostrom bei
Weil die Raumladung in der i-Zone klein ist, herrscht
dort infolge der anliegenden Sperrspannung ein
konstantes E-Feld.
 Vergrößerung der Driftregion der Ladungsträger
 großes (konstantes) elektr. Feld in der i-Zone,
geringe Driftzeiten, keine Ladungsträgerverluste
 geringe Kapazität der Diode, hohe Bandbreite
Avalanche-Photodiode (Lawinendiode)
An die Photodiode wird eine große Sperrspannung von 10 - 20 V
angelegt. Sie bewirkt ein große Beschleunigung der erzeugten
Ladungsträger. Durch Stöße mit den Gitteratomen werden
weitere Ladungsträger erzeugt. Multiplikationsfaktor M ≤ 106.
 interne Verstärkung des Ausgangsstromes
 besseres Signal-Rausch-Verhältnis
2.3.3.2 Thermische Detektoren (IR-Detektoren)
Thermische Detektoren basieren auf dem Prinzip der Umwandlung von Strahlungsenergie in
Wärmeenergie. Alle thermischen Detektoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine
wellenlängenabhängige Empfindlichkeit besitzen. Der Einsatzbereich ist im mittleren und fernen
IR-Bereich. Bedeutung haben heute vor allem die pyroelektrischen Detektoren, da nur sie die für
die FTIR-Spektrometrie notwendige hohe Bandbreite haben.
Thermosäule (Bolometer mit Thermoelementen)
Thermoelement:
An den Kontaktpunkten unterschiedlicher Materialien entsteht
eine temperaturabhängige Thermospannung (Seebeck-Effekt)
Bei unterschiedlicher Temperatur von Messpunkt und
Referenzpunkt resultiert eine Differenzspannung.
Die Differenzspannung ist proportional zur Temperaturdifferenz
zwischen Messpunkt und Referenzpunkt.
Thermospannung für Nickel / Chromnickel: 4,1 mV/100K
Thermosäule: Reihenschaltung von Thermoelementen.
Dadurch addieren sich die Thermospannungen.
 großer Wellenlängenbereich, zuverlässig
 Empfindlichkeiten 5-25 V/W
 lange Ansprechzeiten 10 -100 ms.
Thermosäulen werden daher hauptsächlich für ungepulste, langsam veränderliche Strahlung eingesetzt.
U
T1
T2
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Pyroelektrische Detektoren
Pyroelektrische Kristalle sind Ferroelektrika, die unterhalb der Curie-Temperatur spontan elektrisch
polarisieren und daher eine permanente dielektrische Polarisation aufweisen.
Pyroelektrizität tritt dann auf, wenn
dieses Dipolmoment (Polarisation)
temperaturabhängig ist.
Eine Temperaturänderung dT/dt
bewirkt dann eine Änderung der
dielektrischen Polarisation im Kristall.
Diese hat eine Änderung der
Oberflächenladung zur Folge
(pyroelektrischer Effekt).
schwarze
Elektroden Ladungsverstärker
Oberhalb der Curie-Temperatur
Beschichtung
verschwindet die Ferroelektrizität.
Kubische Perowskit-Struktur pyroelektrischer
Kristalle der Art An+Bm+O3 (n + m = 6) .
Die Perowskit-Struktur kann kubisch,
tetragonal oder trigonal auftreten.
Abb.: Perowskit - spontan polarisiert
in die tetragonale Struktur
Eine Temperaturänderung aufgrund von
Strahlungsabsorption erzeugt einen
Spannungsimpuls an den Elektroden.
Die wichtigsten pyroelektrischen Kristalle
für IR-Detektoren sind:




LiTaO3 (Perowskit, TC = 620 °C)
PZT (BleiZirkonTitanat - Keramikmischung aus PbZrO3 / PbTiO3 , TC = 200 °C )
TGS ( Triglycinsulfat: NH2CH2COOH)3-H2SO4 ; TC = 49 °C)
DTGS (deuteriertes Triglycinsulfat)
DTGS-Detektoren sind in der FTIR-Spektroskopie sehr weit verbreitet. Sie arbeiten bei Temperaturen
von etwa -40°C. (Peltier-Element-Kühlung). Durch den einfachen Aufbau, die elektrische Kühlbarkeit
und den unendlich breiten, nutzbaren Spektralbereich sind DTGS-Detektoren der Standard für die
Routineanalytik.
Typische Merkmale:  Anstiegszeit im ms-Bereich
 empfindlichster thermischer Detektor bei hohen Frequenzen
 Messung konstanter Strahlung nicht möglich, da die Polarisationsladungen sehr schnell abfließen.
(Signal nur bei Änderung des Strahlungsflusses  Modulation nötig)
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2.3.3.3 Mehrkanaldetektoren
Photodiodenarrays
In einem Photodiodenarray sind einzelne Dioden mit einer Breite von ca. 25 µm (Höhe ca. 2,5 mm)
dicht nebeneinander gepackt. Bei Bestrahlung fließen die Photoströme auf parallel zur Diodenzeile
angeordnete Speicherkondensatoren. Das Auslesen der Diodenzeile erfolgt durch Entladen der
Kondensatoren.
Diodenzeilen gibt es mit
256, 512, 1024 usw. Dioden.
Das Auslesen erfolgt in weniger
als einer ms.
Einsatz z.B. als Detektor im
Rowland-Kreis eines Spektrometers.
CCD - Sensoren
Pixel: Grundbaustein von CCD-Zeilen oder CCD-Matrix (Größe ca. 10x10 µm2)
Prinzip: photoelektrische Erzeugung und Speicherung von Ladungen in einer MOS-Diode
Metall ist in der MOS-Kapazität (MetallOxid-Silizium) durch eine leitende, semitransparente Polysiliziumschicht ersetzt.
Eine positive Spannung am Polysilizium
verdrängt die Ladungsträger (Löcher) im
p-Silizium. Es entsteht eine Verarmungszone (sensitiver Bereich).
Das elektrische Feld in der Grenzzone
bewirkt eine Ladungstrennung von optisch
generierten Elektron-Lochpaaren.
Die Elektronen werden im „dreiecksförmigen“ Potentialkasten eingefangen
und unter dem SiO2 gespeichert. Die
Löcher diffundieren im Valenzband in
Richtung Si-Substrat.
Photonen, die im Polysilizium oder SiO2
konvertieren, können nicht nachgewiesen
werden (Totschicht).
Photonen, die im nicht verarmten Bereich
hinter der Verarmungszone konvertieren,
werden nur dann nachgewiesen, wenn
das Elektron in die Verarmungszone
diffundiert (partiell sensitiver Bereich).
V>0
h
(Poly-Si)
Abb.:
Aufbau einer MOS-Diode (Pixelelement) als
extern induzierter pn-Übergang (oben).
Bänderschema einer MOS-Diode (unten)
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Abb.:
Bildauslesesequenz einer
Full-Frame-Transfer CCDs mit 3x4 Pixel
(FFT-CCD).
Nach der Bildintegrationszeit beginnt die
Bildauslese, d.h. die Bestimmung der
Ladungsmenge der als schwarze Punkte
verschiedener Größe dargestellten
Ladungspakete in den Pixeln.
Die komplette Bildauslese besteht aus
vier Schiebezyklen, die jeweils aus einem
vertikalen Transfer in den parallelen
Schieberegistern (weiß gekennzeichnet)
und drei horizontalen Transfers im
seriellen Schieberegister (grau
gekennzeichnet) bestehen. Das serielle
Schieberegister führt die in ihm liegenden
Ladungspakete auf den Ausleseknoten
(links unten).
CCD-Sensoren mit diesem Prinzip
werden vor allem für wissenschaftliche
und astronomische Zwecke verwendet.
Allerdings ist ein zusätzlicher
mechanische Verschluss notwendig, der
während des Auslesens verhindert, dass
weitere Ladungen durch Belichtung
dazukommen.
Für Videokameras sind Full-FrameCCDs ungeeignet, weil durch den
geschlossenen Verschluss während des
Auslesens kostbare Belichtungszeit
verloren geht.
Bei FT-CCDs und FFT-CCDs (Frame-Transfer / Full-Frame-Tranfer) werden die Ladungen, also das
gespeicherte Bild, nach der Belichtung sehr rasch in einen abgedunkelten Bereich des CCD-Chips
verschoben. Dann kann das gespeicherte Bild während der Belichtungszeit, Ladungspaket für
Ladungspaket ausgelesen werden. Die Zeit des raschen Verschiebens muss viel kürzer als die
Belichtungszeit sein, weil sonst der Smear-Effekt zu stark wird. Daher sind FT-CCDs ohne
mechanischen Verschluss (so werden sie normalerweise eingesetzt) für sehr kurze Belichtungszeiten
nicht geeignet.
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Bei manchen professionellen Videokameras
wird ein rotierender Verschluss verwendet,
um dieses Problem zu vermeiden. Wegen des
abgedunkelten Bereichs braucht ein FT-CCD
doppelt so viele Zellen (Potentialtöpfe) wie
Bildpunkte und muss auch doppelt so groß
wie die Bildgröße sein.
Prinzip eines dreiphasigen CCDLadungstransfers.
Durch Variation der Spannungen an den
Schieberegistern können darunter
gespeicherte Ladungen in eine Richtung
geschoben werden.
In der hier gezeigten Bildfolge sind drei
spannungsmäßig voneinander unabhängige Register notwendig, um ein Pixel zu
bilden und den Transfer zu ermöglichen.
CMOS-Sensoren
CMOS-Sensoren oder Active Pixel Sensoren (APS) werden ebenfalls in CMOS-Technik hergestellt.
Im Gegensatz zum Passive Pixel Sensor enthält jedes Pixelelement einen eigenen Verstärker zur
Signalauslese.
CMOS-Bildsensoren finden vor allem im Konsumgüterbereich Anwendung. Für messtechnische
Anwendungen sind sie weniger geeignet, da wegen der Streuung der Verstärkereigenschaften in den
einzelnen Pixelelementen große Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den Pixeln auftreten können.
Anwendungsbeispiel für einen CCD-Flächensensor in der Spektroskopie
Einsatz eines Flächen-Detektors in einem Echelle-Spektrometer.
Die Dispersionsebenen des Gitters und des Prismas stehen senkrecht aufeinander.
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