QuantenEffizienz

Quanteneffizienz bezeichnet die Wahrscheinlichkeit, mit der ein eingestrahltes Photon eine messbare Ladungsträgererzeugung hervorruft. In optoelektronischen Detektoren beschreibt sie das Verhältnis der erzeugten Ladungsträger zu der Zahl der eindringenden Photonen. Die Quanteneffizienz hängt stark von der Wellenlänge ab und wird in der Praxis häufig durch die Begriffe interne Quanteneffizienz (IQE) und externe Quanteneffizienz (EQE) unterschieden.

Die IQE(λ) ist der Anteil der absorbierten Photonen, der tatsächlich eine Ladungsträgererzeugung und -sammlung hervorbringt. Die EQE(λ) ergänzt diesen Begriff um die Effizienz von Absorption und Transport außerhalb des aktiven Materials und beschreibt das Verhältnis der gesammelten Ladungsträger zur Anzahl der einfallenden Photonen. In Detektoren mit interner Multiplikation kann EQE größer als 1 auftreten, wenn ein Photon durch Verstärkung mehr als einen Ladungsträger erzeugt.

Ursachen für Verluste, die QE beeinflussen, sind Reflexion an Oberflächen, Transmission durch das Material, unvollständige Absorption, Trapping oder Rekombination von Ladungsträgern sowie Material- und Oberflächenbeschaffenheit und die Geometry der Elektrodenschichten. Technische Maßnahmen wie Antireflexbeschichtungen, Back-Illumination oder optimierte Sensor-Lagen verbessern die QE im gewünschten Spektralbereich.

Anwendungen: In Bildsensoren von Digitalkameras, Astronomy-Kameras und anderen Detektoren ist eine hohe QE im relevanten Spektrum erstrebenswert. In Solarzellen wird QE verwendet, um die Effizienz im gesamten Spektrum zu charakterisieren; dort spricht man oft von IQE, EQE oder External QE im Zusammenhang mit Absorption, Reflektion und elektrischer Sammelwirkung.

Messung: QE(λ) gibt an, wie viele Ladungsträger pro einfallendes Photon gesammelt werden können. Die Responsivity R(λ) eines Detektors lässt sich aus QE(λ) durch R(λ) = QE(λ) · q/hν ableiten.