Sensor Funktion und Aufbau (Kondesator - Transistoren)

[andyma]

Hallo Zusammen

Ich hätte gerne besser Verstanden, wie ein Sensor (CMOS, BSI) funktioniert. Jedes Pixel ist ja so zu sagen eine Diode welche in Sperrrichtung betrieben wird.


Ist es korrekt, dass die Diode mittels Transistoren einer Spannung ausgesetzt werden, um die Sperrschicht Kapazität sozusagen vorzuspannen. Die Photonen die auf die Diode treffen bilden dann Elektronen-Loch Paare, welche die Sperrschicht wieder entladen. Das Delta der Spannung kann nun ausgelesen werden.

Wie kann die Spannungsdifferenz genau ausgelesen werden?
Werden dazu Kondensatoren verwendet?
Allgemein..wie funktioniert das Ganze ? Ach ja..ist ein BSI Sensor auch ein CMOS Sensor und was sind MOSFET?

Jedes Wissen (nicht Halbwissen ) ist willkommen Danke

Gruss
Andy

 

[whr_]

https://de.wikipedia.org/wiki/Active_Pixel_Sensor
https://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor
https://de.wikipedia.org/wiki/Rückwärtige_Belichtung

Wo ist das Problem?

 

[andyma]

Danke Dir. Soweit kein Problem. Zu deinem ersten Link ..so stelle ich mir das vor ..alledings gibt es diverse Seiten, bei welchen gesagt wird, dass jeder Diode ein Kondensator zugeordnet sei. Dieser Kondensator sehe ich in der Skizze nirgends. Braucht es diesen oder sind das dann verschieden Bauarten?

 

[herbie.t]

Es braucht einen Kondensator, denn die Pixelzelle muß die von den Photonen erzeugten Ladungen ja über die Belichtungszeit aufintegrieren. Das praktische an einer Diode ist, daß sie eine Sperrschichtkapazität besitzt ...

 

[andyma]

Danke Herbie
Was macht der Kondensator genau? Die Sperrschichtkapazität wird durch die Photonen verringert, richtig?

 

[Manni1]

Obendrüber steht doch die Erklärung - die Ladungen werden über die Zeit summiert.

 

[ewm]

selbst gelöscht

 

[herbie.t]

Was macht der Kondensator genau? Die Sperrschichtkapazität wird durch die Photonen verringert, richtig?

Nö, die Kapazität bleibt konstant, die ist eine physikalische Eigenschaft der Diode.

Wenn ein Photon in die Diode "einschlägt", dann entsteht ein Elektron. Dieses Elektron wird dann im Kondensator gespeichert. Je mehr Photonen, desto mehr Elektronen, jedes Elektron trägt eine Elementarladung. Die Spannung über einem Kondensator ist direkt proportional zur Ladung und damit auch proportional zur Menge an Licht, die während der Belichtungszeit auf die Diode gefallen ist.

(OK, nicht bei jedem Photon wird ein Elektron erzeugt, den Prozentsatz erfolgreicher Umwandlungen nennt man dann Quanteneffizienz oder Quantenwirkungsgrad. Und das Elektron wird auch nicht "erzeugt", sondern vom Valenzband ins Leitungsband gehoben und natürlich bleibt dann auch ein Loch übrig. Und bei der üblichen Schaltung einer Pixelzelle wird der Kondensator auch nicht geladen sondern vor Beginn der Belichtung auf die Versorgungsspannung des Sensors voll aufgeladen und über die Belichtungszeit dann mehr oder weniger weit entladen. Und dann gibt es noch tausend weitere Details, aber wir wollen das hier ja nicht übermäßig kompliziert machen ...)

 

[whr_]

Nö, die Kapazität bleibt konstant, die ist eine physikalische Eigenschaft der Diode.

Die Sperrschicktkapazität ist spannungsabhängig. Das spielt in dem Zusammenhang keine Rolle und stört eher; aber dennoch stimmt der erste Satz Deiner Aussage nicht. Der Rest passt dann schon.

 

[herbie.t]

Die Sperrschicktkapazität ist spannungsabhängig. Das spielt in dem Zusammenhang keine Rolle und stört eher; aber dennoch stimmt der erste Satz Deiner Aussage nicht. Der Rest passt dann schon.

Ja, natürlich gibt es eine C(U) Abhängigkeit, weil je mehr Ladundsträger, desto mehr elektrostatische Kräfte wirken auf die Ladungsträger, was dann quasi den Abstand der Kondensatorplatten verändert. Aber ich will hier keine Abhandlung über Halbleiterphysik schreiben.
Es ist zwar schon sehr lange her, aber ich habe schon selber p-n-Übergänge hergestellt und sämtliche Kennlinien inklusive C(U) vermessen.