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Raman-Gerätetechnik

Halbleiterdetektoren

Das Prinzip der Halbleiterdetektoren basiert auf dem inneren fotoelektrischen Effekt. Im Gegensatz zum äußeren Fotoeffekt werden beim inneren Fotoeffekt keine Elektronen aus dem Fotomaterial freigesetzt. Beim Einwirken von Licht entstehen bewegliche Ladungsträger, die das Material elektronisch verändern.

CCD - charge-coupled device

Der CCD-Detektor (auch: CCD-Kamera oder CCD-Chip) hat den Fotomultiplier in der Raman-Spektroskopie vielfach verdrängt, da mit diesem Detektor der sogenannte multi-channel-Modus angewendet werden kann. Das heißt, ein bestimmter Wellenzahlbereich fällt auf den CCD-Detektor und wird simultan registriert. Eine CCD-Kamera besteht aus p-dotiertem Silizium als Substrat, darüber befindet sich eine Siliziumdioxid-Schicht und darauf Elektroden aus polykristallinem Silizium, welche die sogenannten Pixel definieren. Diese Pixel sind in einer ein- oder zweidimensionalen Matrix angeordnet (CCD`s in der Raman-Spektroskopie sind üblicherweise zweidimensional).

Abb.1

Während der Belichtung wird eine Spannung so angelegt, dass sich unter dem polykristallinen Silizium Potenzialtöpfe (ladungsträgerfreie Zone) bilden, in denen die Ladungsträger, die durch den inneren Fotoeffekt entstanden sind, gesammelt werden. Nach der Belichtung erfolgt durch Spannungsänderungen das Auslesen der Ladungen, indem sie Pixel für Pixel an den Rand der Detektorfläche geschoben werden und nach einer Signalverstärkung vom Computer verarbeitet werden.

Abb.2
Animation zum CCD-Detektor

CCD-Detektoren sind sehr empfindlich im VIS-Bereich. Da die Elektronen schon bei Raumtemperatur angeregt werden und somit ein Signal (Dunkelstrom) verursachen, müssen CCD-Detektoren mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Weitere Störungen treten durch kosmische Strahlung oder radioaktive Strahlung auf. Diese hochenergetische Strahlung trifft von außen auf den Detektor und regt Elektronen an. Diese Anregung resultiert in zum Teil sehr starken Signalen, die als Spikes bezeichnet werden. Spikes kann man von eigentlichen Raman-Banden leicht unterscheiden, da sie einerseits willkürlich im Spektrum auftreten und andererseits eine sehr geringe Halbwertsbreite aufweisen. Spikes können mit geeigneten Auswerteprogrammen entfernt werden.

Abb.3
Spektrum mit Spikes
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