De digitale camera toepassing van het foto-elektrisch effect
CCD: kern van een digitale camera CCD: charge-coupled device Fotonen maken in pixel elektronen vrij Chip leest pixels uit A/D-conversie CMOS: andere techniek, zelfde principes
Korte geschiedenis van de CCD eind 1969 door Smith en Boyle (Bell Labs) ontwikkeld als elektronisch geheugen 1970: eerste toepassing CCD in videocamera (prototype) 1972: productie van 100x100 pixel CCD 1975: CCD met genoeg resolutie voor televisieuitzendingen 1981: eerste camera met CCD 1986: 1,4 megapixel CCD 1995: eerste digitale camera 2006: meer dan 100 megapixels 2009: Nobelprijs voor Smith en Boyle (gedeeld) 2012: Kodak vraagt uitstel van betaling aan...
Toepassingen digitale camera's: consumenten- electronica medische toepassingen astronomie (Hubble) Mars rovers
Werking CCD Twee fasen in de werking van een CCD: I.Verzamelen van informatie foto-elektrisch effect: fotonen maken elektronen vrij, aangelegde spanning voorkomt recombinatie, veel licht: veel lading II.Uitlezen informatie per pixel wordt hoeveelheid verzamelde lading uitgelezen, maat voor hoeveelheid licht
Fase I: “licht” verzamelen energie fotonen: E f = h · f = h · c/λ zichtbaar licht: ~ 400 – 750 nm, dus E min = 1,66 eV geen enkel materiaal genoemd in Binas tabel 24 is geschikt! E grens > 1,94 halfgeleider nodig: silicium, E grens = 1,1 eV, dus λ < 1130 nm CCD is dus gevoelig voor infrarood licht!
Fase I: in de chip fotonen met voldoende energie maken elektronen vrij in p-type Si potentiaal verzamelt vrijgemaakte elektronen n-type Si voorkomt dat elektronen weglekken
Fase I: moeilijkheden silicium is niet transparant voor licht van alle golflengtes vooral korte golflengtes worden gereflecteerd onvoldoende elektronen komen in p-type Si lange golflengten komen juist te diep
Fase II: uitlezen (in het kort)
Quantum efficiëntie QE: % gedetecteerde fotonen van inkomende fotonen
CCD in de les als motivatie om naar foto-elektrisch effect te kijken stimuleert leerlingen met toepassingsgerichte leerstijl mogelijk onderwerp voor probleemgestuurde opdracht mogelijkheden om meerdere domeinen te combineren (elektriciteit, halfgeleiders, informatica) ook relvantie voor PV-panelen details worden wel snel complex!
Bronnen “What is a CCD”, “How It Works: The Charged-Coupled Device, or CCD”, peterson.html Nobelprijs 2009: technische details CCD en toepassing in astronomie: en