түрүфотодетектор аппараттүзүлүш
Фотодетектороптикалык сигналды электрдик сигналга айландыруучу түзүлүш, анын түзүлүшү жана ар түрдүүлүгү, негизинен төмөнкү категорияларга бөлүнөт:
(1) Фотоөткөргүч фотодетектор
Фотоөткөргүч түзүлүштөр жарыкка тийгенде, фотогенерацияланган алып жүрүүчү алардын өткөргүчтүгүн жогорулатып, каршылыгын төмөндөтөт. Бөлмө температурасында дүүлүккөн ташыгычтар электр талаасынын таасири астында бир багыттуу кыймылдашат, ошентип ток пайда кылышат. Жарыктын шартында электрондор козголуп, өтүү пайда болот. Ошол эле учурда алар электр талаасынын таасири астында фототокту пайда кылуу үчүн дрейфке чыгышат. Натыйжада фотогенерацияланган ташыгычтар аппараттын өткөргүчтүгүн жогорулатат жана ошентип каршылыкты азайтат. Фотоөткөргүч фотодетекторлор, адатта, аткарууда жогорку пайданы жана чоң жооп кайтаруу жөндөмдүүлүгүн көрсөтөт, бирок алар жогорку жыштыктагы оптикалык сигналдарга жооп бере албайт, ошондуктан жооп берүү ылдамдыгы жай, бул фотоөткөргүч түзүлүштөрдү айрым аспектилерде колдонууну чектейт.
(2)PN фотодетектор
PN фотодетектору P тибиндеги жарым өткөргүч материал менен N тибиндеги жарым өткөргүч материалдын байланышынан түзүлөт. Байланыш түзүлө электе, эки материал өзүнчө абалда болот. Р тибиндеги жарым өткөргүчтөгү Ферми деңгээли валенттүүлүк тилкесинин четине жакын, ал эми N тибиндеги жарым өткөргүчтөгү Ферми деңгээли өткөргүч зонасынын четине жакын. Ошол эле учурда өткөргүч тилкенин четиндеги N тибиндеги материалдын Ферми деңгээли эки материалдын Ферми деңгээли бирдей абалга келгенге чейин тынымсыз ылдыйга жылып турат. Өткөрүү тилкесинин жана валенттик зонасынын абалынын өзгөрүшү тилкенин ийилиши менен да коштолот. PN түйүнү тең салмактуулукта жана бирдей Ферми деңгээлине ээ. Зарядды алып жүрүүчүнү талдоо жагынан алганда, P тибиндеги материалдарда заряд алып жүрүүчүлөрдүн көбү тешиктер, ал эми N тибиндеги материалдарда заряд алып жүрүүчүлөрдүн көбү электрондор. Эки материал байланышта болгондо, алып жүрүүчү концентрациясынын айырмасынан улам, N тибиндеги материалдардагы электрондор P тибине, ал эми N тибиндеги материалдардагы электрондор тешиктерге карама-каршы багытта диффузияланат. Электрондордун жана тешиктердин диффузиясынан калган компенсацияланбаган аймак орнотулган электр талаасын түзөт, ал эми орнотулган электр талаасы алып жүрүүчү дрейфтин тенденциясына ээ болот, ал эми дрейфтин багыты диффузия багытына карама-каршы келет, бул орнотулган электр талаасынын пайда болушу алып жүрүүчүлөрдүн диффузиясын алдын алат жана кыймылдын эки түрү тең салмактуу болгонго чейин PN түйүнүнүн ичинде диффузия да, дрейф да болот, ошондуктан статикалык алып жүрүүчү агым нөлгө барабар. Ички динамикалык баланс.
PN түйүнүнө жарык нурлануусу тийгенде, фотондун энергиясы алып жүрүүчүгө өтүп, фотогенерацияланган алып жүрүүчү, башкача айтканда, фотогенерацияланган электрон-тешик жуптары пайда болот. Электр талаасынын таасири астында электрон жана тешик тиешелүүлүгүнө жараша N аймагына жана P аймагына дрейфтелет, ал эми фотогенерацияланган алып жүрүүчүнүн багыттуу дрейфи фототокту пайда кылат. Бул PN түйүнүнүн фотодетекторунун негизги принциби.
(3)PIN фотодетектор
Pin photodiode I катмарынын ортосундагы P-түрү материал жана N-түрү материал, материалдык I катмары жалпысынан ички же төмөн допингдик материал болуп саналат. Анын иштөө механизми PN түйүнүнө окшош, PIN түйүнү жарык нурлануусуна дуушар болгондо, фотон энергияны электронго өткөрүп, фотогенерацияланган заряд алып жүрүүчүлөрдү пайда кылат, ал эми ички электр талаасы же тышкы электр талаасы фотогенерацияланган электрон-тешикти бөлөт. түгөнүү катмарында жуптар жана дрифттелген заряд алып жүрүүчүлөр тышкы чынжырда ток пайда кылат. I катмардын ролу жарактан чыгуучу катмардын туурасын кеңейтүү болуп саналат, ал эми I катмар толугу менен чоң чыңалуунун астында түгөнүүчү катмарга айланат жана түзүлгөн электрон-тешик жуптары тез бөлүнөт, ошондуктан PIN түйүнүнүн фотодетектору көбүнчө PN түйүнүнүн детекторуна караганда ылдамыраак. I катмардан тышкаркы алып жүрүүчүлөр да диффузиялык кыймыл аркылуу түгөнүүчү катмар тарабынан чогултулуп, диффузиялык токту түзүшөт. I катмардын калыңдыгы жалпысынан өтө жука жана анын максаты – детектордун жооп берүү ылдамдыгын жакшыртуу.
(4)APD фотодетекторукөчкү фотодиоду
механизмикөчкү фотодиодуPN түйүнүнө окшош. APD фотодетектору катуу кошулган PN түйүнүн колдонот, APD аныктоонун негизинде иштөө чыңалуусу чоң жана чоң тескери тенденция кошулганда, APD ичинде кагылышуу иондошуу жана көчкү көбөйүшү пайда болот, ал эми детектордун иштеши фототокту жогорулатат. APD тескери ыктоо режиминде болгондо, түгөнүүчү катмардагы электр талаасы абдан күчтүү болот жана жарыктан пайда болгон фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөр электр талаасынын таасири астында тез ажырап, тез дрейфке айланат. Бул процессте электрондор торчого согулуп, тордогу электрондордун иондошуусунун ыктымалдыгы бар. Бул процесс кайталанып, тордогу иондоштурулган иондор да торчо менен кагылышып, АПДдагы заряд алып жүрүүчүлөрдүн саны көбөйүп, натыйжада чоң ток пайда болот. Дал ушул APD ичиндеги уникалдуу физикалык механизм APD негизиндеги детекторлор көбүнчө тез жооп берүү ылдамдыгынын, чоң токтун маанисин жогорулатуунун жана жогорку сезгичтиктин өзгөчөлүктөрүнө ээ. PN түйүнү жана PIN түйүнү менен салыштырганда, APD тезирээк жооп берүү ылдамдыгына ээ, бул учурдагы фотосезгич түтүктөр арасында эң тез жооп берүү ылдамдыгы.
(5) Schottky түйүнүндөгү фотодетектор
Шоттки түйүнүнүн фотодетекторунун негизги түзүлүшү Шоттки диоду болуп саналат, анын электрдик мүнөздөмөлөрү жогоруда сүрөттөлгөн PN түйүнүндөгүгө окшош жана оң өткөргүч жана тескери кесүү менен бир багыттуу өткөргүчтүгү бар. Жумушчу функциясы жогору болгон металл менен жумуш функциясы төмөн жарым өткөргүч контакт түзгөндө Шоттки тосмо түзүлөт, андан пайда болгон кошулуу Шоттки түйүнү болот. Негизги механизм PN өткөөлүнө бир аз окшош, мисалы, N-тибиндеги жарым өткөргүчтөрдү алып, эки материал байланышты түзгөндө, эки материалдын электрон концентрациясынын ар кандай болушуна байланыштуу жарым өткөргүчтөгү электрондор металл тарапка тарайт. Диффузияланган электрондор металлдын бир учуна тынымсыз чогулат, ошентип металлдын баштапкы электрдик нейтралдуулугу бузулат, жарым өткөргүчтөн металлга контакт бетинде орнотулган электр талаасын пайда кылат жана электрондор металлдын таасири астында дрейф болот. ички электр талаасы жана ташуучунун диффузиясы жана дрейфтик кыймылы динамикалык тең салмактуулукка жетүү үчүн бир убакыттан кийин бир убакта ишке ашат жана акырында Шоттки түйүнүн түзөт. Жарык шартында тосмо аймагы түздөн-түз жарыкты сиңирип, электрон-тешик түгөйлөрүн жаратат, ал эми PN түйүнүнүн ичиндеги фотогенерацияланган ташыгычтар туташуу аймагына жетүү үчүн диффузия аймагынан өтүшү керек. PN түйүнүнө салыштырмалуу, Schottky түйүнүнүн негизиндеги фотодетектор ылдамыраак жооп берет жана жооп берүү ылдамдыгы ns деңгээлине чейин жетет.
Посттун убактысы: 13-август-2024