2.3.3 Strahlungsdetektoren Die heute gebräuchlichen Strahlungsdetektoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden:

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1 2.3.3 Strahlungsdetektoren Die heute gebräuchlichen Strahlungsdetektoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden: N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 1/15 Quantendetektoren oder photoelektrische Detektoren nutzen den äußeren otoeffekt (z.b. otozelle, otomultiplier) oder den inneren otoeffekt (z.b. otowiderstand, otodiode, CCD). Funktionsprinzip: Durch Absorption einzelner otonen 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-auschen mit der Vorspannung zunimmt, ist im photovoltaischen Modus das Signal-ausch-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.

2 N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 2/15 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-ausch-Verhältnis SN, Detektivität D* rauschäquivalente Strahlungsleistung NEP auschen in einem Detektorsystem Thermisches auschen Ursache: Thermische Anregung (therm. Bewegung) von Elektronen in Bauelementen (Widerstand, Kondensator, Detektor) führt zu Ladungsverschiebungen und erzeugt statistische Spannungsschwankungen. Thermisches auschen existiert in jedem elektrisch leitenden Bauteil mit Widerstand, auch ohne Strom. Für die effektive auschspannung gilt: u MS 4 ktf = Widerstand des Bauteils f = Bandbreite k = Boltzmannkonstante otonenrauschen (Impulsrauschen) Ursache: otonen treffen nicht gleichmäßig auf den Detektor, sondern statistisch verteilt. Dieselben statistischen Schwankungen gelten dann auch für die otoelektronen, bzw. für den otoelektronenstrom. Für den effektiven auschstrom gilt: i MS 2 Ief I = Strom durch das Bauteil f = Bandbreite

3 Kenngrößen von Detektoren 1) Quantenwirkungsgrad N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 3/15 Anzahl der erzeugten otoelektronen / Zeiteinheit ne (typ 0,7 für SiPDs; 0,1 für SEVs) Anzahl der auftreffenden otonen / Zeiteinheit n 2) Spektrale Empfindlichkeit S otostrom einfallende Lichtleistung i P Opt i hf n n hc n e e hc [ S ] A W 3) NEP ( Equivalent Power - auschäquivalente Strahlungsleistung) Lichtpegel, der ein Signal-ausch-Verhältnis von 1 produziert. Lichtpegel (in W), der dem auschstrom (in A / Hz ) des Detektors entspricht: Da der auschstrom proportional zur Wurzel aus der Bandbreite Δf des Detektors ist ~ benutzt man einen normierten auschstrom i i / f. i S P opt ~ i NEP S NEP ~ i NEP S Strom [A/ Hz] Empfindlichkeit [A/W] 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. Empfindlichkeit [A/W] 1 D Strom [A/ Hz] NEP Da der auschstrom i.a. auch proportional zur Wurzel aus der effektiven Detektorfläche A ist (je kleiner die Fläche, um so geringer der auschstrom), normiert man den auschstrom auch noch * auf die Fläche A ( i i / f A ) und erhält die spezifische Detektivität D*. spektrale Empfindlichkeit [A/W] D* normierter auschstrom [A/ Hz cm 2 ] i S / Af i i Af P Opt cm Hz [ D *] W Da i /i = SN folgt: D* entspricht dem auf Bandbreite, Detektorfläche und Lichtleistung normierten SN. Beispiel: S1633 Si-PIN Diode Hamamatsu NEP = A/ Hz ; D* = 3*10 12 cm Hz /W; A = 9 mm 2 ; P Opt = 10-6 W; S λ = 0,5 A/W i Af D* P i Opt i SN i D* POpt = A f

4 Normierte Detektivität D* N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 4/15 Abb.: Normierte Detektivität D* (spez. Nachweisempfindlichkeit) von Halbleiterdetektoren (otowiderstände, otodioden) und thermischen Detektoren als Funktion der Wellenlänge. Die Detektivität eines idealen Detektors ist durch das auschen 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, I) Abb.: Typischer spektraler Arbeitsbereich verschiedener Strahlungs-Detektoren.

5 Quantendetektoren otomultiplier SEV (Sekundär-Elektronen-Vervielfacher) N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 5/15 Prinzip: Einfallende otonen lösen Elektronen aus der otokathode, wenn die Energie der otonen größer ist als die Austrittsarbeit der Elektronen. Eine positive Spannung von ca. 100 V saugt die otoelektronen 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 öhre) erzeugt. Abb.: Schema eines Head-on otomultipiers U Dyn V Anode Abb.: Schema eines Side-on" otomultipliers 0 = Beschichtete otokathode 1-9 = Dynoden 10 = Anode

6 Spektrale Empfindlichkeit gebräuchlicher otokathodenmaterialien N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 6/15 Abb.: Spektrales Elektronen- Emissionsvermögen Bialkali steht für binäre Mischungen aus K, Cs und Sb. Für den UV/ VIS-Bereich werden auch Multialkali-otokathoden des Typs Na-K-Cs-Sb eingesetzt. Für den NI-Bereich werden auch Ga-In-As-und Cs-Te-Kathoden verwendet. otomultiplier gehören zu den empfindlichsten Strahlungsempfängern im UV, VIS und NI. Sie haben eine hohe Bandbreite und geringes auschen. Typische Merkmale: Signalumwandlung und Verstärkung in einem Bauteil hohe Empfindlichkeit (Verstärkung ) Anstiegszeit im ns-bereich geringes auschen (otonenrauschen in der Kathode und Dunkelstrom durch thermische Emission von Elektronen aus der Kathode) Wellenlängenbereich nm (abhängig vom Kathodenmaterial - siehe Graphik) Beispiel: P opt = 1 nw; = 0,1; = 0,5 µm (hf 2 ev); n = 10 Dynoden; = 5 => Verstärkung V = n = 5 10 = 10 7 Elektronen/oton an der Anode POpt => otostrom i V e = hf

7 Halbleiterdetektoren: Halbleiterdetektoren nutzen den inneren otoeffekt aus. Einfallende otonen erhöhen die Zahl der freien Ladungsträger. N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 7/15 In otowiderständen (z.b. PbS, HgCdTe) sinkt der Widerstand bei Strahlungsabsorption. In otodioden (z.b. Si, Ge) wird ein pn-übergang zur Trennung der Ladungsträger benutzt. otowiderstände Die Änderung des ohmschen Widerstandes von Halbleitern bei Bestrahlung mit Licht heißt otoleitfähigkeit. Die Widerstandsänderung wird in einem Stromkreis über die Spannungsänderung an einem äußeren Widerstand I nachgewiesen. c Schaltung Abb.: otoleitfähigkeit im Bänderschema a) Nach der Elektron-Loch-Paarbildung wandern beide Ladungsträger im elektrischen Feld: Die Größe der Energielücke E g bestimmt die Mindestenergie der otonen. Beispiele: - PbS, PbSe, InAs, InSb (NI bis ca.5 µm) - HgCdTe sog. Mercatel oder MCT (MidI 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 otowiderstandes (U ~ I ~ Licht ) Halbleiterdetektoren für den I-Bereich können oft nur gekühlt betrieben werden: Trockeneis: -77 C; flüssiges N 2 : 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.

8 otodioden N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 8/15 Wird ein pn-übergang mit Licht bestrahlt, werden die in der sog. aumladungszone 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-otodiode. Ladungstrennung in der aumladungszone LZ 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 aumladungszone (Verarmungsschicht). Diese lokalisierten aumladungen der Donatoren und Akzeptoren in der aumladungszone erzeugen ein elektrisches Feld (und einen Spannungsabfall U), das der Diffusion entgegenwirkt. Die Gleichgewichtsspannung heißt Diffusionsspannung U D - für Si ca. 0,7 V. Lichtquanten, die in die Grenzschicht einfallen, erzeugen Elektronen-Loch-Paare. Das innere elektrische Feld der aumladungszone 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 U 0L abgreifbar (U 0L < U D ). Wird die Diode kurzgeschlossen, erzeugen die vom elektrischen Feld in der aumladungszone getrennten Ladungsträger im Elementbetrieb den sog. Kurzschussstrom. ( Strom-Spannungs-Kennlinie)

9 Von der aumladung zum Bänderschema N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 9/15 a) aumladung Durch Diffusion entsteht eine an beweglichen Ladungsträgern verarmte Schicht. b) Elektrisches Feld in der LZ 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 aumladungszone, die sog. Diffusionsspannung U D. d) Energie (Bänderschema) Die Energie (W = -eu) folgt dem Potentialverlauf. Freie Elektron-Lochpaare, die in der LZ erzeugt werden driften an den and und erzeugen eine außen abgreifbare Spannung U 0L. (in ichtung des Sperrstroms!) Elementbetrieb (photovoltaic mode) Fotodiode wird als Spannungsquelle genutzt (Lichtleistung wird direkt in elektrische Leistung umgewandelt). zwei Grenzfälle: Kurzschlussbetrieb ( L = 0) und Leerlaufbetrieb ( L = ) Kurzschlussstrom proportional zur Beleuchtungsstärke, hat die ichtung des Sperrstromes! Leerlaufspannung nahezu T-unabhängig Anmerkung: infolge des hohen Sperrschichtwiderstandes gelten L von einigen kω bereits als Kurzschluss.

10 otoleitungsbetrieb (photoconductive mode - Widerstandsbetrieb - Sperrbetrieb) An die Diode wird eine Spannung in Sperrrichtung angelegt. LZ verbreitert sich und die Feldstärke E in der LZ 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 auschen als im Elementbetrieb. N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 10/15 Strom-Spannungskennlinie I eu kt I exp( 1) I 0 Stromspannungskennlinie des pn-übergangs (I 0 = Sperrsättigungsstrom) Strom-Spannungskennlinien einer otodiode otostrom und Lerrlaufspannung als Funktion der Bestrahlungsstärke a) Arbeitspunkt im photovoltaic mode (Quadrant IV) U U 0 U U I I Kurve (1) I ( U ) Kennlinie Kurve (2) b) Arbeitspunkt im photoconductive mode (Quadrant III) U U U0 0 U U U 0 I I Kurve (1) I ( U ) Kennlinie Kurve (2) Schnittpunkt = Arbeitspunkt B Schnittpunkt = Arbeitspunkt A

11 PIN-otodiode (verbesserte otodiode) Bei der PIN-otodiode werden die dotierten Zonen durch eine undotierte i-zone getrennt. Dadurch vergrößert sich der aumladungsbereich und die von tiefer eindringenden otonen erzeugten Elektron-Loch-Paare tragen auch zum otostrom bei Weil die aumladung 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 N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 11/15 Avalanche-otodiode (Lawinendiode) An die otodiode wird eine große Sperrspannung von V angelegt. Sie bewirkt ein große Beschleunigung der erzeugten Ladungsträger. Durch Stöße mit den Gitteratomen werden weitere Ladungsträger erzeugt. Multiplikationsfaktor M interne Verstärkung des Ausgangsstromes besseres Signal-ausch-Verhältnis Thermische Detektoren (I-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 I-Bereich. Bedeutung haben heute vor allem die pyroelektrischen Detektoren, da nur sie die für die FTI-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 eferenzpunkt resultiert eine Differenzspannung. Die Differenzspannung ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Messpunkt und eferenzpunkt. Thermospannung für Nickel / Chromnickel: 4,1 mv/100k T1 U T2 Thermosäule: eihenschaltung von Thermoelementen. Dadurch addieren sich die Thermospannungen. großer Wellenlängenbereich, zuverlässig Empfindlichkeiten 5-25 V/W lange Ansprechzeiten ms. Thermosäulen werden daher hauptsächlich für ungepulste, langsam veränderliche Strahlung eingesetzt.

12 Pyroelektrische Detektoren N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 12/15 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 A n+ B m+ O 3 (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 I-Detektoren sind: LiTaO 3 (Perowskit, T C = 620 C) PZT (BleiZirkonTitanat - Keramikmischung aus PbZrO 3 / PbTiO 3, T C = 200 C ) TGS ( Triglycinsulfat: NH 2 CH 2 COOH) 3 -H 2 SO 4 ; T C = 49 C) DTGS (deuteriertes Triglycinsulfat) DTGS-Detektoren sind in der FTI-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 outineanalytik. 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)

13 Mehrkanaldetektoren N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 13/15 otodiodenarrays In einem otodiodenarray sind einzelne Dioden mit einer Breite von ca. 25 µm (Höhe ca. 2,5 mm) dicht nebeneinander gepackt. Bei Bestrahlung fließen die otoströme 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 owland-kreis eines Spektrometers. CCD - Sensoren Pixel: Grundbaustein von CCD-Zeilen oder CCD-Matrix (Größe ca. 10x10 µm 2 ) Prinzip: photoelektrische Erzeugung und Speicherung von Ladungen in einer MOS-Diode Metall ist in der MOS-Kapazität (Metall- Oxid-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 SiO 2 gespeichert. Die Löcher diffundieren im Valenzband in ichtung Si-Substrat. otonen, die im Polysilizium oder SiO 2 konvertieren, können nicht nachgewiesen werden (Totschicht). otonen, 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)

14 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-Frame- CCDs ungeeignet, weil durch den geschlossenen Verschluss während des Auslesens kostbare Belichtungszeit verloren geht. N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 14/15 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.

15 N06_Detektoren_d_BAneu.doc - 15/15 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 CCD- Ladungstransfers. Durch Variation der Spannungen an den Schieberegistern können darunter gespeicherte Ladungen in eine ichtung geschoben werden. In der hier gezeigten Bildfolge sind drei spannungsmäßig voneinander unabhängige egister 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.