DE60002612T2

DE60002612T2 - Photodetektor und verfahren zur detektion von strahlung

Info

Publication number: DE60002612T2
Application number: DE60002612T
Authority: DE
Inventors: Martin Waeny
Original assignee: Photonfocus AG
Current assignee: Photonfocus AG
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: CA2393514A1; DE60002612D1; EP1240485B1; JP2003518355A; WO2001046655A1; GB9930257D0; CA2393514C; AU3537401A; US6815685B2; ATE239902T1; EP1240485A1; US20030136915A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fotodetektor, oder optoelektronischen Sensor, und ein Verfahren zur Detektion von Strahlung.

Stand der Technik

Heutzutage überwiegen zwei Prinzipien für die Detektion von Strahlung bei Festkörper- Bildsensoren: ladungsgekoppelte Sensoren (so genannte charge coupled devices, CCD) und Metalloxid-Halbleiter-Sensoren (MOS). CCD Sensoren sind in ihrem dynamischen Bereich eingeschränkt in Folge der beschränkten Kapazität unter dem die Ladung sammelnden Gate des CCD. Viele Anwendungen verlangen aber einen grossen dynamischen Signalbereich von bis zu 140 dB im Verhältnis von detektierbarem Minimum und Maximum. Bei MOS-Sensoren, insbesondere bei aktiven Pixel-Sensoren (APS) welche CMOS-Technologie verwenden, kann dieses Problem gelöst werden, indem ein Detektor hergestellt wird, welcher eine logarithmische Response auf die einfallende Lichtintensität erzeugt, vgl. dazu Referenz [Cha1]. Unvorteilhafterweise verfügt aber ein derartiger Detektor mit logarithmischer Response über eine Response- Zeit, welche umgekehrt proportional zur Lichtintensität ist. Dies ist ein Problem, da viele Anwendungen eine hohe Auslesegeschwindigkeit über den gesamten dynamischen Bereich verlangen, einschliesslich für niedrige Strahlungsintensitäten, wo klassische Detektoren mit logarithmischer Response eine extrem lange Responsezeit haben, vgl. Referenz [Vie 2].
Bei einem klassischen Fotodetektor mit logarithmischer Response, wie er schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Fotodiode 100 mit dem Kanal eines MOS Transistors 102 verbunden. Das Gate 104 des Transistors ist mit seinem Kollektor verbunden. Licht, welches auf die Fotodiode trifft, erzeugt einen Fotostrom Iph, welcher in eine Spannung über dem MOS Transistor konvertiert wird. Für typische Fotoströme von Femtoampères bis Nanoampères arbeitet der Transistor in schwacher Inversion, und die Spannung über dem Transistor VGS (gate to source voltage) kann entsprechend Formel 1 berechnet werden:
In Formel 1 ist κ ein verfahrensabhängiger Parameter des Transistors, I&sub0; ist der Kollektorstrom beim Einsetzen des Betriebsmodus der schwachen Inversion des Transistors, und VTH ist die Schwellenspannung des Transistors. kT/q ist ungefähr 26 mV bei Raumtemperatur (k = Boltzmannkonstante, T = Temperatur und q = elektronische Ladung).
Um die Responsezeit eines logarithmischen Detektors zu verstehen, kann der äquivalente Schaltkreis, oder das Zuwachsmodell von Fig. 2 betrachtet werden. In diesem äquivalenten Schaltkreis ist der ladende MOS Transistor ersetzt durch ein Gegenwirkleitwertelement (transconductance) 106, dessen Wert gmlog vom Fotostrom Iph abhängt, und die Fotodiode ist durch eine äquivalente Stromquelle 107 ersetzt, welche Strom vom Gegenwirkleitwertelement 106 abführt. Vgl. dazu Formel 2.
In Formel 2 ist VDS die Spannung zwischen Kollektor und Source des Transistors. Dementsprechend ist für eine gegebene Lichtintensität die Responsezeit eines Detektors auf eine kleine Änderung des Fotostroms durch Formel 3 gegeben, wo Cph die Kapazität des Fotodioden-Kondensators 108 ist. Diese Responsezeit wird exzessiv lang für sehr kleine Werte des Fotostroms.
τ = Cph/gmlog Formel 3
Integrierende CMOS Fotodetektoren lösen das Problem der Responsezeit, indem nach dem Auslesen ein Zurücksetzen (Reset) der akkumulierten Fotoladung durchgeführt wird. Da sich aber die Response dieser Sensoren linear zur einfallenden Lichtintensität verhält, haben derartige Sensoren einen dynamischen Bereich, welcher durch den Spannungsbereich auf der Integrationskapazität auf der einen Seite und durch das minimale detektierbare Signal auf Grund des Ausleserauschens auf der anderen Seite limitiert ist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung stellt einen Fotodetektor oder optoelektronischen Sensor und ein Verfahren zur Detektion von Licht zur Verfügung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14 definiert sind. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Um einen Fotodetektor zu realisieren, welcher sowohl schnelle Responsezeit als auch grossen dynamischen Bereich aufweist, kann die Erfindung vorteilhafterweise eine Kombination der Aspekte von integrierenden und logarithmischen Fotodetektoren zur Verfügung stellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Fotodetektors sind eine Fotodiode (oder ein anderer Bereich von Halbleitermaterial zur Sammlung von fotogenerierten Ladungen) und eine Kapazität parallel zwischen eine Erdungsleitung und einen Abtastknoten geschaltet, und der Kanal eines MOS Transistors ist zwischen den Abtastknoten und eine Betriebsspannungsleitung geschaltet. Normalerweise kann die Kapazität die parasitäre Kapazität der Fotodiode (oder des Bereichs von fotoempfindlichem Halbleitermaterial) und von benachbarten Komponenten sein. Eine niedrige Kapazität ist normalerweise wünschenswert, da sie die Empfindlichkeit des Schaltkreises verbessert.
Beim ersten Reset respektive der ersten Zurücksetzung wird die Kapazität aufgeladen, sodass die Spannung am Abtastknoten oberhalb einer Übergangsspannung liegt, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Nach dem Reset (Zurücksetzung) wird die Gatespannung des Transistors derart eingestellt, dass der Transistor blockiert oder ausgeschaltet wird, und dass der Fotodetektor mit der Abtastphase beginnt. Strom fliesst durch die Fotodiode in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität, welche auf diese trifft, wobei der Strom anfangs die Kapazität derart entlädt, dass die Spannung am Abtastknoten im wesentlichen linear in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität abnimmt. In diesem Stadium fliesst kein Strom durch den Transistor, sondern erst wenn die Spannung am Abtastknoten die Übergangsspannung unterschreitet, und der Transistor in seinen schwachen Inversionsmodus eintritt. Der Fotostrom kann dann durch den MOS- Transistorkanal fliessen, und entsprechend beginnt die Spannung am Abtastknoten logarithmisch in Abhängigkeit der einfallenden Strahlungsintensität abzunehmen.
Die Übergangesspannung entspricht der Gatespannung, welche an den Ladetransistor während der Abtastung angelegt wird, minus die Schwellenspannung des Transistors. Vorteilhafterweise kann entsprechend die Übergangsspannung eingestellt werden, indem die Gerätsspannung kontrolliert wird, oder indem die Schwellenspannung durch technologische Parameteranpassung angepasst wird.
Allgemein ausgedrückt lässt sich daraus erkennen, dass es die Erfindung erlaubt, den Ladetransistor sowohl in seinem normalen Betriebsmodus zu verwenden, während welchem die Response des Fotodetektors linear ist, als auch in seinem schwachen Inversionsmodus, während welchem die Response des Fotodetektors logarithmisch ist. Ausserdem erlaubt die Erfindung einen glatten Übergang zwischen diesen Betriebsmodi und macht es möglich, die Schwelle auszuwählen, bei welcher der Übergang stattfindet.
In einer weiteren bevorzugten Implementierung kann die Übergangsspannung während des Betriebs geändert werden, so zum Beispiel während der Abtastphase oder zwischen den Abtastphasen, dies indem die Gatespannung des Ladetransistors variiert wird. Dies kann in vorteilhafter Weise eine noch flexiblere Kontrolle der linearen/logarithmischen Response des Fotodetektors erlauben, und kann es ausserdem ermöglichen, den dynamischen Bereich des Detektors weiter zu erhöhen.
Eine wesentliche Eigenschaft von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht entsprechend darin, die Möglichkeit zu schaffen, die Spannung am Abtastknoten zu Beginn der Abtastphase zu wählen oder zu kontrollieren, und die Gatespannung des Ladetransistors während der Abtastphase zu wählen oder zu kontrollieren. Diese Spannungen bestimmen das Verhalten des Schaltkreises und den Übergang vom linearen zum logarithmischen Verhalten.
Entsprechend kann die Erfindung in vorteilhafter Weise einen Fotodetektor und ein Verfahren zur Detektion von Strahlung zur Verfügung stellen, welche einen viel grösseren dynamischen Bereich und eine grössere Responsegeschwindigkeit aufweisen. Insbesondere kann die Erfindung eine logarithmische Response über einen Teil des dynamischen Bereichs zur Verfügung stellen, ohne den Nachteil zunehmender Responsezeit für niedrige Lichtintensitäten.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Spannung am Abtastknoten nach der anfänglichen Zurücksetzung (Reset) in vorteilhafter Weise nahe bei der Speisespannung des Schaltkreises gehalten werden, was erreicht wird, indem der Abtastknoten mit der Speisespannungslinie gekoppelt wird. Dies, indem zum Beispiel die Gatespannung des Ladetransistors derart geregelt wird, dass der Ladetransistor-Kanal eingeschaltet wird.
In diesem Dokument wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei welchem eine Fotodiode als strahlungsempfindliches Element verwendet wird. In der Praxis kann aber eine Vielzahl von Typen von Komponenten verwendet werden, welche Bereiche von Halbleitermaterial aufweisen, welche geeignet dotiert sind, um Ladungen in Reaktion auf einfallende Strahlung zu erzeugen.
In diesem Dokument werden Beispiele gegeben, bei welchen die Speisespannung grösser ist als die Erdspannung. Dies könnte aber auch umgekehrt werden, und die beschriebenen Schaltkreise könnten entsprechend modifiziert werden, um duale Versionen der Schaltkreise zu schaffen, wie dies dem Fachmann wohlbekannt ist.
In der Praxis kann ein Fotodetektor nach der Erfindung einen dynamischen Bereich von 120 dB oder mehr, beispielsweise bis 160 dB aufweisen. In Tests konnte gezeigt werden, dass derartige Schaltkreise einen messbaren dynamischen Bereich von ungefähr 200 dB aufweisen können.
Der Fotodetektor und das Verfahren nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise viele Anwendungen finden, insbesondere für bildgebende Anwendungen mit hohem Kontrast des betrachteten Bereichs. Derartige Anwendungen schliessen Überwachungsanwendungen, Lötüberwachungen, Schweissüberwachungen oder Anwendungen im Zusammenhang mit der Unterstützung von der Führung von Fahrzeugen. Weitere Anwendungen sind dem Fachmann offensichtlich.

Beschreibung der spezifischen Ausführungsbeispiele

Spezifische Ausführungsbeispiele sowie die beste Ausführung der Erfindung werden nun im Sinne von Beispielen beschrieben, wobei die folgenden Figuren hinzugezogen werden:
Fig. 1 (Stand der Technik) zeigt einen konventionellen logarithmischen Fotodetektor- Schaltkreis;
Fig. 2 (Stand der Technik) zeigt einen äquivalenten Schaltkreis, oder ein Zuwachsmodell des Schaltkreises gemäss Fig. 1;
Fig. 3 zeigt einen Fotodetektor-Schaltkreis entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Timing-Diagramm für den Schaltkreis gemäss Fig. 3;
Fig. 5 zeigt einen Fotodetektor-Schaltkreis entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 zeigt einen Fotodetektorschaltkreis entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, geeignet für die Integration in ein- oder zweidimensionale Geräte;
Fig. 7 ist die Zeichnung des Ausgangssignals eines Fotodetektors, welcher die Erfindung realisiert, gegen die einfallende optische Leistung, wobei die linearen und logarithmischen Response-Bereiche illustriert werden; und
Fig. 8 ist eine Vergrösserung eines Teils der Fig. 7, welche den Übergang zwischen der linearen und der logarithmischen Responseregion darstellt.
Eine schematische Darstellung eines Fotodetektors nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Fotodiode 2 ist zwischen einer Erdspannungslinie 4 und dem Kanal eines MOS- Transistors 6 (source terminal) geschaltet. Das Source-Terminal ist ausserdem mit einem Ausleseschaltkreis 12 mit hoher Eingangsimpedanz verbunden, um die Spannung am Abtastknoten 16 zwischen der Fotodiode und dem Transistor abzutasten, und um eine entsprechende Ausgangsspannung ΔVout zu erzeugen. Das Kollektor- Terminal des Transistors 6 ist mit einer Spannung Vres verbunden. Eine Kapazität 14 des Werts Cph ist parallel zur Fotodiode geschaltet. Diese Kapazität kann in der Praxis auch als nicht separate Komponente ausgebildet sein, und kann von all den parasitären Kapazitäten am Abtastknoten 16 gebildet werden.
Der Schaltkreis funktioniert wie folgt: Ein Auslesezyklus, wie im Timing-Diagramm gemäss Fig. 7 dargestellt, beginnt mit der "Zurücksetzung" (Reset) 200 der Spannung über der Fotodiode und der Kapazität (mit anderen Worten der Spannung am Abtastknoten, wie sie mit VSignal in Fig. 4 bezeichnet ist) auf eine Reset-Spannung Vres. Dies kann erreicht werden, indem eine Spannung 202 höher als die Reset-Spannung plus die Schwellenspannung VTH des MOS (Vres + VTH in Fig. 4) am Gateterminal angelegt wird. Der MOS ist dann durchlässig, und unabhängig vom Fotostrom werden die Fotodiode und die Kapazität auf die Resetspannung gesetzt.
Das Gateterminal wird dann auf eine vorbestimmte Spannung Vlog-res umgeschaltet innerhalb eines analogen Spannungsbereichs. Die vorbestimmte Spannung ist grösser als die Erdspannung der Fotodiode plus die Schwellenspannung des Transistors (Gnd + VTH) und gleich oder niedriger als die Resetspannung (Vres). Der MOS Transistor ist nun blockiert oder sogar ausgeschaltet. Der Schaltkreis beginnt jetzt ein Abtastintervall 204, während welchem die Integration der auf die Fotodiode treffenden Strahlung geschieht. Der Fotostrom entlädt dann die Kapazität 14, die mit dem Abtastknoten 16 verbunden ist. Dies ist die integrierende Betriebsweise des Detektors, und die Spannung am Abtastknoten nimmt mit einer Rate 208 ab, welche anfangs linear proportional zur einfallenden Lichtintensität ist. Wenn die einfallende Lichtintensität gross genug ist, um die Kapazität am Abtastknoten auf einen Wert zu entladen, welcher unterhalb der Gatespannung minus Schwellenspannung (Vlog-res - VTH) liegt, beginnt der Detektor seine logarithmische Betriebsweise 210. In dieser Betriebsweise beginnt der MOS seinen schwachen Inversionsmodus, und der Fotostrom kann nun durch den MOS- Kanal fliessen. Die Gate-Source Spannung (VGS), welche durch den Fotostrom erzeugt wird, wird dann durch die oben angegebene Formel 1 beschrieben. Das Signal auf dem Abtastknoten ist entsprechend in der logarithmischen Betriebsweise komprimiert entsprechend dem logarithmischen Gesetz nach Formel 2.
Nach einer vorbestimmten Abtastzeit wird die Spannung am Abtastknoten 212 durch den Auslese-Schaltkreis ausgelesen, um ein korrespondierendes Ausgangssignal ΔVout zu erzeugen, und die Fotodiode wird wiederum zurückgesetzt 200, indem eine hohe Spannung an das Gateterminal des MOS Transistors angelegt wird.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird nicht der Ladetransistor 6 geschaltet um den Schaltkreis zurück zu setzen, sondern es kann das Gate dieses Transistors auf einen vorbestimmten analogen Spannungswert gesetzt werden, zwischen Vres und VTH, und ein zweiter MOS Transistor 40 kann als Reset- Schalter verwendet werden. Wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, kann das Gate des Fotodetektor-Transistors 6 in diesem Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise mit der Spannung Vres beim Kollektor des Transistors verbunden werden. Die Auswahl des vorbestimmten Werts der Gatespannung innerhalb des beschriebenen Bereichs bestimmt den Punkt, bei welchem die Response des Schaltkreises von linear nach logarithmisch wechselt, und kann so in vorteilhafter Weise ausgewählt oder variiert werden, um den Schaltkreis für unterschiedliche Anwendungen anzupassen.
Der Schaltkreis nach Fig. 5 hat den Vorteil, dass keine Spannung grösser als die Speisespannung Vres erforderlich ist. Dies ist von besonderem Vorteil bei einer Implementierung in einem integrierten Schaltkreis, wo, wenn dieses Ausführungsbeispiel verwendet wird, entsprechend keine höhere Spannung als die Speisespannung auf dem Chip erforderlich sein würde. Im Gegensatz dazu war beim Ausführungsbeispiel, wie es in den Fig. 3 und 4 beschrieben ist, eine Spannung Vres + VTH, d. h. > Vres, die Speisespannung, erforderlich, um den Abtastknoten auf den Wert von Vres während des Reset zu bringen.
Der Fotodetektor nach der Erfindung kann mit sehr wenigen Komponenten realisiert werden, und ist entsprechend geeignet für die Integration in 1- oder 2- dimensionale Arrays (line sensors oder image sensors). Vorzugsweise kann ein Zweidimensionaler Array von Fotodetektoren realisiert werden, indem der Ausgangsverstärker oder Buffer (readout circuit) direkt mit dem Detektor für jedes Pixel wie bei aktiven Pixelsensoren (APS) integriert wird. Dies kann am einfachsten erreicht werden, indem ein Source Follower Transistor 42 und ein Select Transistor 44 dem Detektor in konventioneller Weise hinzugefügt wird, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Dies erlaubt es, Information von einem Pixel eines 1- oder 2- dimensionalen Arrays von Fotodetektoren zu extrahieren. In Fig. 6 ist die Speisespannung in konventioneller Weise mit VDD (voltage drain-to-drain) bezeichnet.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden MOS Transistoren dargestellt. In der Praxis können pMOS oder nMOS Transistoren oder äquivalente Komponenten in geeigneter Weise verwendet werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 3 und S wie oben beschrieben wurde eine feste Transistor-Gatespannung während der Abtastung oder während der Integration angelegt. Vorteilhafter Weise kann die Gatespannung ausgewählt werden, um den Punkt des Wechsels von linearer zu logarithmischer Response des Detektors zu variieren. Weiter vorteilhafter Weise kann die Gatespannung während oder zwischen den Abtastphasen verändert werden, z. B. indem die Gatespannung linear von ihrem Maximum Vres + VTH in den Fig. 3 und 4) zu ihrem Minimum (Gnd + VTH in den Fig. 3 und 4) variiert wird, oder indem unter aktiver Kontrolle oder unter Zuhilfenahme eines Rückkopplungssystems variiert wird, um weiterhin die Kurve der linearen/logarithmischen Kompression zu modifizieren, und um den dynamischen Bereich des Detektors weiter zu erhöhen.
Fig. 7 illustriert die gemessene Performance eines Schaltkreises gemäss der Erfindung, wobei die Spannung am Abtastknoten gemessen am Ende der Abtastzeit gegen die einfallende Strahlungsleistung aufgetragen ist. Der Schaltkreis wird LINLOGTM bezeichnet. Die Auftragung zeigt klar die lineare Response 300 bei niedrigen Strahlungsleistungen und den glatten Übergang 302 zu einer logarithmischen Response 304 bei hoher Strahlungsleistung. Fig. 8 vergrössert den Anteil der niedrigen Strahlungsleistung der Zeichnung gemäss Fig. 7, wobei noch klarer die lineare Region 300 und die Übergangsregion 302 sichtbar werden.

Referenzen:

[Cha 1] United states patent application No. 373872 Savvas. G. Chamberlain Sept 25, 1984
[Vie 2] Oliver Vietze "Active pixel image sensors with application specific performace based on standard silicon CMOS processes" p. 97ff, Dissertation eingereicht bei der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, Schweiz, Diss. ETH No. 12038, 1997

Claims

1. Fotodetektor umfassend:

einen Bereich aus Halbleitermaterial (2), geeignet dotiert um fotogenerierte Ladungen zu sammeln, angeschlossen zwischen einer Erdungsspannung und einem Abtastknoten (16);

eine parallel zum Bereich aus Halbleitermaterial (2) geschaltete Kapazität (14), zwischen einer Erdungsspannung und dem Abtastknoten (16);

einen Metalloxid-Halbleiter (MOS) Transistor (6), welcher mit seiner Source- Elektrode und seinem Kollektor zwischen den Abtastknoten (16) und eine Spannungsversorgung geschaltet ist; und

Mittel zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an das Gate des Transistors (6);

wobei, wenn die Kapazität (14) derart geladen wurde, dass die Spannung am Abtastknoten grösser ist als eine Übergangsspannung und eine vorbestimmte Gate-Spannung angelegt wird, sodass der Transistor (6) nicht durchlässig ist, ein Fotostrom fliesst, dessen Grösse abhängig ist von der auf den Bereich aus Halbleitermaterial (2) einfallenden Strahlungsintensität, dabei die Kapazität (14) entladend und dazu führend, dass sich die Spannung am Abtastknoten im wesentlichen linear mit der Grösse des Fotostroms ändert, bis die Spannung im Abtastknoten die Übergangsspannung erreicht, wonach der Transistor (6) durchlässig wird, und der Fotostrom eine Spannung am Abtastknoten erzeugt, welche im wesentlichen logarithmisch mit der Grösse des Fotostroms ändert.

2. Fotodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Bereich aus Halbleitermaterial um eine Fotodiode handelt.

3. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität eine parasitäre Kapazität des Bereichs aus Halbleitermaterial umfasst.

4. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Mittel zur Kontrolle der Abtastung zum Zurücksetzen (reset) des Fotodetektors durch Wiederaufladen der Kapazität beim Beginn der Abtastzeit und zur Kontrolle eines Auslese-Schaltkreises verbunden mit dem Abtastknoten zur Erzeugung eines Ausgangs abhängig von der Spannung am Abtastknoten am Ende der Abtastzeit.

5. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor zurückgesetzt wird (reset), indem die Mittel zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an das Gate des Transistors geregelt werden, sodass eine Gatespannung angelegt wird, welche den Transistor durchlässig macht und es dem Strom erlaubt, durch den Transistor zu fliessen, und die Kapazität aufzuladen.

6. Fotodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen Resettransistor welcher zwischen die Resetspannung und den Abtastknoten geschaltet ist, und wobei der Fotodetektor zurückgesetzt wird (Reset) indem eine Gatespannung an den Resettransistor angelegt wird, welche diesen durchlässig macht, und es Strom erlaubt, durch den Resettransistor zu fliessen und die Kapazität aufzuladen.

7. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Ausleseschaltkreis zur Erzeugung eines Ausgangssignals abhängig von der Spannung am Abtastknoten.

8. Fotodetektor nach Anspruch 7, in welchem der Ausleseschaltkreis ein Source Follower-Schaltkreis ist.

9. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, implementiert in einem aktiven Pixel Sensor.

10. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Mittel der Gatespannung in der Lage sind, eine Gatespannung anzulegen, welche sich im Laufe der Zeit ändert.

11. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Reaktion des Fotodetektors auf Strahlung variiert werden kann, indem die Spannung am Abtastknoten am Ende der Reset-Phase sowie die Gate Spannung am Transistor während der Abtastzeit geregelt wird.

12. Fotodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Transistor in seinem normalen Betriebsmodus arbeitet, und blockiert wird, bevor die Spannung am Abtastknoten die Übergangsspannung erreicht, und danach im schwachen Inversionsmodus arbeitet.

13. Fotodetektor-Array umfassend eine Vielzahl von Fotodetektoren wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert sind.

14. Verfahren zur Detektion von Strahlung in einem Fotodetektor, bei welchem ein Bereich aus Halbleitermaterial (2), geeignet dotiert um fotogenerierte Ladungen zu sammeln, angeschlossen ist an einem Abtastknoten (16) an den Kanal eines Metalloxid Halbleiter (MOS) Transistors, umfassend die folgenden Schritte:

Zurücksetzung (resetting) des Fotodetektors durch Aufladen einer Kapazität, welche parallel zum Bereich aus Halbleitermaterial geschaltet ist, sodass die Grösse der Spannung am Abtastknoten grösser ist als eine Übergangsspannung;

Anlegen einer vorbestimmten Gatespannung an den Transistor um den Transistorkanal zu blockieren oder auszuschalten;

Abtastung von einfallender Strahlungsintensität durch Beleuchtung des Bereichs von Halbleitermaterial zur Erzeugung eines Fotostroms, welcher die Kapazität derart entlädt, dass die Spannung am Abtastknoten im wesentlichen linear in Abhängigkeit des Fotostroms ändert, während der Transistor in seinem normalen Betriebsmodus operiert, bis die Spannung am Abtastknoten die Übergangsspannung erreicht; und

nachdem die Spannung am Abtastknoten die Übergangsspannung erreicht weiterhin den Bereich von Halbleitermaterial zu beleuchten und einen Fotostrom zu erzeugen, während der Transistor in seinem schwachen Inversionsmodus operiert, sodass die Spannung am Abtastknoten im wesentlichen logarithmisch in Abhängigkeit des Fotostroms ändert.

15. Verfahren nach Anspruch 14, in welchem die Kapazität eine parasitäre Kapazität des Bereichs von Halbleitermaterial umfasst.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, umfassend einen Schritt der Erzeugung eines Ausgangssignals basierend auf der Spannung am Abtastknoten am Ende einer vorbestimmten Abtastzeit.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, umfassend einen Schritt einer Variation der Transistor Gatespannung mit der Zeit um die Response des Fotodetektors zu kontrollieren.

18. Verfahren nach Anspruch 17, in welchem die Transistor Gate Spannung während der Strahlungsabtastung variiert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, umfassend den Schritt der Kontrolle der Spannung am Abtastknoten am Ende der Zurücksetzung (resetting) um die Response des Fotodetektors zu kontrollieren.