Wat is Donkerstroom?

Stroom die in een fotodiode loopt zonder dat er licht op valt. Veroorzaakt door onder meer thermische generatie van ladingdragers; neemt toe bij hogere temperatuur en geeft ruis in donkere beelden.

Japanse benaming: 暗電流

“Donkerstroom” komt voor in 8 oefenvragen uit 4 onderwerpen, bijv. Beeldsensoren en optische componenten, Siliciumfotonica, Halfgeleiderfysica.

Vakgebied: Beeldsensoren en optische componenten

Nu oefenen: vragen over Donkerstroom

Welke uitspraak over donkerstroom van een beeldsensor is juist?

  1. AEen signaalstroom die toeneemt in verhouding tot de lichtsterkte
  2. BEen stroom die ook vloeit als er geen licht op valt en die met de temperatuur toeneemt
  3. CEen klokstroom voor het uitlezen van pixels
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Een stroom die ook vloeit als er geen licht op valt en die met de temperatuur toeneemt

Donkerstroom is de stroom van lading die ook zonder lichtinval thermisch in de fotodiode ontstaat, vooral uit grensvlaktoestanden aan het oppervlak, kristaldefecten en niveaus door metaalverontreiniging. Het veroorzaakt ruis en witte punten (hete pixels) bij opnamen in het donker en bij lange belichting, en verdubbelt ongeveer per 6 tot 8 °C temperatuurstijging. Daarom koelen camera's voor astrofotografie de sensor.

Wat is de belangrijkste oorzaak waarom de donkerstroom van op silicium gegroeide germanium-fotodetectoren gemakkelijk groot wordt?

  1. AGe heeft een directe bandovergang, zodat een deel van het geabsorbeerde licht opnieuw wordt uitgezonden en weer wordt geabsorbeerd, waardoor de stroom toeneemt
  2. BGe kan licht van telecomgolflengten niet absorberen, zodat alle stroom die loopt donkerstroom is
  3. CDe roosterconstanten van Si en Ge verschillen circa 4%, zodat in de gegroeide laag gemakkelijk kristaldefecten zoals dislocaties ontstaan
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. De roosterconstanten van Si en Ge verschillen circa 4%, zodat in de gegroeide laag gemakkelijk kristaldefecten zoals dislocaties ontstaan

Donkerstroom is de stroom die ook loopt wanneer er geen licht invalt; hij verhoogt de ruis van de fotodetector en verlaagt de gevoeligheid. De roosterconstanten van Si en Ge verschillen circa 4%, zodat bij groei van Ge op Si tijdens het relaxeren van de spanning defecten zoals dislocaties (threading-dislocaties) ontstaan, en via de defectniveaus gemakkelijk ladingsdragers worden gegenereerd. Bovendien is de bandgap van Ge (circa 0,66 eV) kleiner dan die van Si, zodat ook meer thermisch gegenereerde ladingsdragers ontstaan. De donkerstroom wordt beperkt door na de groei een warmtebehandeling toe te passen om dislocaties te verminderen of door het detectieoppervlak te verkleinen. Ge heeft een indirecte bandovergang, en de invloed van lichtemissie is verwaarloosbaar.

“Donkerstroom” in de toelichting

Vragen met “Donkerstroom” (8)

  1. Welke uitspraak over donkerstroom van een beeldsensor is juist?
  2. Wat is de belangrijkste oorzaak waarom de donkerstroom van op silicium gegroeide germanium-fotodetectoren gemakkelijk groot wordt?
  3. Hoe heet het proces waarbij elektronen en gaten recombineren via diepe niveaus (traps) in de verboden zone?
  4. Wat is het juiste gebruikelijke gebruik van een fotodiode voor lichtdetectie?
  5. Wat is het belangrijkste doel van een p+-laag met hoge concentratie aan het oppervlak van de ingebedde fotodiode (pinned photodiode) van een CMOS-beeldsensor?
  6. Hoe heet de ruis die door de spreiding van eigenschappen per pixel elke keer op dezelfde plaats op dezelfde manier verschijnt?
  7. Wat is het belangrijkste doel van de structuur (DTI) waarbij tussen fijne pixels diepe sleuven worden gemaakt en met bijvoorbeeld een isolator worden gevuld?
  8. Wat is een juiste reden waarom germanium (Ge) veel wordt gebruikt voor fotodetectoren voor telecomgolflengten in optische siliciumcircuits?

Verwante termen

Fotodiode Grensvlaktoestanden (interface traps) Via Bandgap (bandkloof) Indirecte bandovergang (indirect bandgap) Uitputtingslaag (depletion layer) Numerieke apertuur (NA) SRH-recombinatie (Shockley-Read-Hall-recombinatie) Junctiecapaciteit (depletiecapaciteit) Pinned photodiode

Naar de woordenlijst