1 Ãberblick über die Sensorik
1 Ãberblick über die Sensorik
1 Ãberblick über die Sensorik
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Seite 176<br />
350 6.6 Bipolare optische Halbleitersensore 6.6.2 Phototransistoren und -thyristoren 351<br />
(großer Verstärkungs- oder Multiplikationsfaktor M o ). Photodioden, <strong>die</strong> nach <strong>die</strong>sem<br />
Prinzip arbeiten, werden als Lawinenphotodioden oder APDs (avalanche photo diodes)<br />
bezeichnet. Die Durchbruchfeldstärke läßt sich im Bereich maximaler Feldstärke<br />
am pn-Übergang durch Anlegen hinreichend hoher Sperrspannungen erzeugen. Durch<br />
Einfügen spezieller Schichtfolgen läßt sich der Ort des Lawinendurchbruchs auch geometrisch<br />
festlegen (Bild 6.6.1-11). Tabelle 6.6.1-2 gibt <strong>die</strong> Leistungsdaten verschiedener<br />
Lawinen-Photodioden an.<br />
6.6.2 Phototransistoren und -thyristoren<br />
In Verbindung mit einer Transistorwirkung kann das Signal von Photodioden unmittelbar<br />
verstärkt werden. Wird <strong>die</strong> Photodiode parallel zum Basis-Kollektorübergang des<br />
Transistors geschaltet (Bild 6.6.2-1), dann erzeugt der Photostrom I L der Diode einen<br />
gleich großen Basisstrom, der nur dadurch aufrechterhalten werden kann, daß gleichzeitig<br />
ein um <strong>die</strong> β−Stromverstärkung (Band 2, Abschnitt 10.2.1) vergrößerter Kollektorstrom<br />
fließt.<br />
Bild 6.6.2-1<br />
Aufbau eines Phototransistors: Eine Photodiode wird parallel zum Basis-Kollektorübergang<br />
eines bipolaren Transistors geschaltet. Bei Bestrahlung erzeugt sie einen<br />
Photostrom I L , der wie ein Basisstrom bei Emitterschaltung wirkt, d.h. durch den<br />
Transistor mit der Stromverstärkung β verstärkt wird.<br />
Bild 6.6.1-11<br />
Geometrische Festlegung des Orts für den Lawinendurchbruch im Bereich niedrig<br />
dotierter Schichten (nach [6.2])<br />
a) Lawinenzone mit ansteigender Feldstärke<br />
b) Lawinenzone mit konstanter Feldstärke: Durchgreifdiode (reach through<br />
avalanche photo diode, RAPD)<br />
Tab. 6.6.1-2 Leistungsdaten von Lawinen-Photodioden (nach [6.4])<br />
Die Berechnung des Kollektorstrom erfolgt ähnlich wie <strong>die</strong> Berechnung des Kollektor-<br />
Emitterstroms bei offener Basis in Band 2, Abschnitt 10.2.1, es ergibt sich:<br />
Die spektrale Empfindlichkeit des Phototransistors ist damit<br />
also relativ zur Photodiode um den Faktor der β-Stromverstärkung vergrößert (Multiplikationsfaktors<br />
M o = β). Ein Aufbau des Phototransistors wie in Bild 6.6.2-1 kann<br />
hybrid oder integriert (Band 1, Abschnitt 4.2.2) erfolgen. Bei einem Hybridaufbau können<br />
<strong>die</strong> Photodiode und der Transistor unabhängig voneinander optimiert werden. Einfacher<br />
und kostengünstiger ist hingegen ein integrierter Aufbau wie in Bild 6.6.2-2: Die<br />
Photodiode ist in den Transistor monolithisch integriert. Technologisch ist <strong>die</strong>ses in der<br />
Siliziumtechnologie am einfachsten zu realisieren.