1 Überblick über die Sensorik

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342 6.6 Bipolare optische Halbleitersensoren 6.6.1 pn-Photodioden 343
Das ist nach (6.5-16) derselbe Wert wie für eine Photoleiter mit M o = 1, da in beiden
Fällen der Strom durch die optisch erzeugten Elektron-Lochpaare getragen wird. Die
Photodioden weisen also keinen Multiplikationsfaktor auf. Daher sind sie bei einem
Aufbau wie in Bild 6.6.1-3 unempfindlicher als viele Photoleiter, entsprechend können
sie aber auch kürzere Ansprechzeiten haben.
Im folgenden soll die geometrisch bestimmte Quantenausbeute η geom für die Photodiode
berechnet werden. Dabei setzen wir zunächst voraus, daß jedes absorbierte Lichtquant
ein Elektron-Lochpaar erzeugt (werkstoffbedingter Quantenwirkungsgrad
100%), müssen aber berücksichtigen, daß nur ein Teil der einfallenden Lichtquanten
in der optisch aktiven Zone absorbiert wird [6.4]. Wir gehen aus von (6.1-28) und erhalten
für die absoluten (nicht flächenbezogenen) Größen:
In Bild 6.6.1-3 wird also zwischen x = x p – L n und x = x p + d die folgende Leistung
in eine Elektronen-Lochpaarerzeugung umgewandelt:
Bild 6.6.1-4 Quantenwirkungsgrade einiger Photodetektoren (nach [6.1])
Die in den Halbleiter eindringende Strahlungsleistung ergibt sich aus der insgesamt eingestrahlten
nach Abzug der reflektierten (Korrektur über den Reflexionskoeffizienten
R, s. Band 11, Abschnitt 3.3), so daß insgesamt gilt
Diese geometriebedingten Quantenwirkungsgrade müssen im allgemeinen Fall mit den
werkstoffbedingten multipliziert werden, Bild 6.6.1-4 zeigt die letzteren für verschiedene
Werkstoffe. Die photoelektrisch erzeugten Ströme werden belastet durch die Dunkelströme
(Bild 6.6.1-5).
Bild 6.6.1-5
Typische Dunkelströme von pn-Übergängen aus verschiedenen Halbleitermaterialien
(nach [6.2])
In Bild 6.6.1-6 sind die Kenndaten von Silizium-Photodioden zusammengestellt.