Optoelektronik II: Photodioden, Phototransistoren, Photoleiter Und Bildsensoren

ISBN-13: 9783540160199 / Niemiecki / Miękka / 1986

Gunter Winstel; Claus Weyrich

Opis

Nachdem sich der Band .Optoelektronik I mit der Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Strominjektion in speziel len Halbleiterbauelementen befaBt hat, beschaftigen sich die beiden Folgebande Optoelektronik II und III umgekehrt mit de Umwandlung elektromagnetischer Strahlung bzw. energetischer Teilchen in elektrische Energie mit Halbleiterbauelementen. Die allgemein als Strahlungsempfanger bzw. -detektoren bezeich neten Bauelemente finden hauptsachlich Anwendung - beim Nachweis bzw. bei der Messung von elektromagnetischer Strahlung oder von Teilchen. Bei diesen Anwendungen wird ein moglichst hohes Signal-Gerausch-Verhaltnis angestrebt, d. h. die Em findlichkeit dieser Bauelemente muB groB sein und der Beitrag der detektorspezifischen Rauschmechanismen muB minimiert werden; - bei der Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie in Photoelementen und Solarzellen, wo bei Solarzellen vornehmlich wirtschaftlichkeitsaspekte be rucksichtigt werden mussen. Dieses setzt eine Billigtechno logie bei moglichst hohem Zellenwirkungsgrad voraus, wobei letztlich die Gesamtkosten des Systems die entscheidende Rolle spielen; bei der Umwandlungeines sichtbaren oder IR-Bildes in elek trische Signale mittels ein- oder zweidimensionaler Anord nungen. Bei dies en Anwendungen spielt die Integrationsfa higkeit des verwendeten Halbleitermaterials eine groBe Rolle Die als Strahlungsempfanger bzw. -detektoren in Frage kommen den Halbleiterbauelemente sind Photodioden, Avalanchephotodi oden, Phototransistoren, Photoleiter, Halbleiterbildsensoren, Solarzellen, Halbleiterphotokathoden und die sog. Halbleiter- 5 strahlungsdetektoren zum Nachweis hochenergetischer elektro magnetischer und korpuskularer Strahlung.

Spis treści

1 Einführung und Überblick.- 1.1 Entwicklungsgeschichte der Strahlungsempfänger.- 1.2 Überblick über die verschiedenen Funktionsprinzipien von Strahlungs- und Teilchendetektoren.- 1.2.1 Thermische Detektoren.- 1.2.2 Photonendetektoren.- Literatur zu Kapitel 1.- 2 Empfindlichkeitscharakteristiken, Nachweisgrenzen und Betriebsarten von Strahlungsempfängern.- 2.1 Der Quantenwirkungsgrad.- 2.2 Die Empfindlichkeit (Responsivity).- 2.3 Das Nachweisvermögen.- 2.3.1 Rauschquellen.- 2.3.2 Die rauschäquivalente Leistung (Noise Equivalent Power: NEP).- 2.3.3 Die Detectivities D, D*, D**.- 2.4 Vergleich der Strahlungsdetektoren hinsichtlich Nachweisvermögen.- 2.5 Betriebsarten von Strahlungsdetektoren.- 2.5.1 Direktempfang.- 2.5.2 Optischer Heterodynempfang.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Sperrschichtphotodetektoren.- 3.1 pn- und pin-Photodioden.- 3.1.1 Dunkelstrom.- 3.1.2 Strahlungsabsorption.- 3.1.3 Photostrom und Quantenwirkungsgrad.- 3.1.4 Zeitverhalten.- 3.1.5 Rauschen.- 3.2 Schottky-Photodioden.- 3.3 Phototransistoren.- 3.3.1 Photostromverstärkung.- 3.3.2 Zeitverhalten.- 3.3.3 Signal-Geräusch-Verhältnis.- 3.4 Avalanchephotodioden.- 3.4.1 Stoßionisation und Ionisationskoeffizienten.- 3.4.2 Stromverstärkung und Verstärkungsfaktoren.- 3.4.3 Zeitverhalten.- 3.4.4 Design von Avalanchephotodioden.- 3.4.5 Grenzen der Avalanche-Stromverstärkung.- 3.4.6 Rauschen und Zusatzrauschfaktor.- 3.4.7 Signal-Geräusch-Verhältnis und optimale Verstärkung.- 3.5 Sperrschichtphotodetektoren mit HeteroStruktur.- 3.5.1 Prinzip der HeteroStruktur.- 3.5.2 Fenster- oder Filterschicht.- 3.5.3 APDs mit Avalanchezone und Absorptionszone in Halbleitern unterschiedlichen Bandabstandes.- 3.5.4 APDs mit niedrigem Zusatzrauschen durch Bandeffekte im Ortsraum.- 3.5.5 Heterostruktur-Phototransistoren.- 3.6 Ausführungsformen von Sperrschichtphotodetektoren.- 3.6.1 Silizium.- 3.6.2 Germanium.- 3.6.3 AlGaAs/GaAs.- 3.6.4 InGaAsP/InP.- 3.6.5 AlGaAsSb/GaSb.- 3.6.6 InAs und InSb.- 3.6.7 PbSnTe und PbSnSe.- 3.6.8 CdHgTe.- Literatur zu Kapitel 3.- 4 Photoleiter.- 4.1 Intrinsische Photoleiter.- 4.1.1 Theorie und Zeitverhalten.- 4.1.2 Rauschen in intrinsischen Photoleitern.- 4.1.3 Materialien und Anwendungen.- 4.2 Extrinsische Photoleiter.- 4.2.1 Theorie und Zeitverhalten.- 4.2.2 Rauschen in extrinsischen Photoleitern.- 4.2.3 Materialien und Anwendungen.- 4.3 Intraband-Photoleiter.- 4.3.1 Theorie und Zeitverhalten.- 4.3.2 Rauschen in Intraband-Photoleitern.- 4.3.3 Materialien und Anwendungen.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Integrierte Detektorschaltungen.- 5.1 Überblick.- 5.2 Detektorelemente für den sichtbaren Spektralbereich.- 5.3 Detektorfelder.- 5.3.1 Modulationsübertragungsfunktion (MTF).- 5.3.2 Blooming.- 5.4 Organisationsformen und Ausleseverfahren.- 5.4.1 Zeilenförmige Detektorschaltungen.- 5.4.2 Flächenhafte Detektorschaltungen.- 5.4.3 Vergleich und Grenzen.- 5.5 Bildsensoren für Farbkameras.- 5.6 IR-Detektorschaltungen.- Literatur zu Kapitel 5.