Түрүфотодетектор түзмөктүзүлүш
Фотодетектороптикалык сигналды электрдик сигналга айландыруучу түзүлүш, анын түзүлүшү жана ар түрдүүлүгү негизинен төмөнкү категорияларга бөлүнөт:
(1) Фотоөткөргүч фотодетектор
Фотоөткөргүч түзүлүштөргө жарык тийгенде, фотогенерацияланган алып жүрүүчү алардын өткөргүчтүгүн жогорулатат жана каршылыгын төмөндөтөт. Бөлмө температурасында дүүлүккөн алып жүрүүчүлөр электр талаасынын таасири астында багытта жылып, ток пайда кылат. Жарык шартында электрондор дүүлүктүрүлөт жана өтүү пайда болот. Ошол эле учурда, алар электр талаасынын таасири астында фототокту пайда кылуу үчүн жылып кетишет. Пайда болгон фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөр түзүлүштүн өткөргүчтүгүн жогорулатат жана ошону менен каршылыкты азайтат. Фотоөткөргүч фотодетекторлор, адатта, жогорку күчөтүүнү жана иштөөдө чоң жооп кайтарууну көрсөтөт, бирок алар жогорку жыштыктагы оптикалык сигналдарга жооп бере алышпайт, ошондуктан жооп берүү ылдамдыгы жай, бул кээ бир аспектилерде фотоөткөргүч түзүлүштөрдү колдонууну чектейт.
(2)PN фотодетектору
PN фотодетектору P-типтеги жарым өткөргүч материал менен N-типтеги жарым өткөргүч материалдын ортосундагы байланыштан пайда болот. Байланыш пайда болгонго чейин эки материал өзүнчө абалда болот. P-типтеги жарым өткөргүчтөгү Ферми деңгээли валенттик тилкенин четине жакын, ал эми N-типтеги жарым өткөргүчтөгү Ферми деңгээли өткөргүчтүк тилкенин четине жакын. Ошол эле учурда, өткөргүчтүк тилкенин четиндеги N-типтеги материалдын Ферми деңгээли эки материалдын Ферми деңгээли бирдей абалда болгонго чейин тынымсыз ылдый жылдырылат. Өткөргүчтүк тилкесинин жана валенттик тилкенин абалынын өзгөрүшү тилкенин ийилиши менен коштолот. PN түйүнү тең салмактуулукта жана бирдей Ферми деңгээлине ээ. Заряд ташуучуларды талдоо жагынан алганда, P-типтеги материалдардагы заряд ташуучулардын көпчүлүгү тешиктер, ал эми N-типтеги материалдардагы заряд ташуучулардын көпчүлүгү электрондор. Эки материал тийгенде, ташуучулардын концентрациясынын айырмачылыгынан улам, N-типтеги материалдардагы электрондор P-типке диффузияланат, ал эми N-типтеги материалдардагы электрондор тешиктерге карама-каршы багытта диффузияланат. Электрондордун жана тешиктердин диффузиясынан калган компенсацияланбаган аянт орнотулган электр талаасын түзөт, ал эми орнотулган электр талаасы алып жүрүүчүлөрдүн дрейфин багыттайт, ал эми дрейфтин багыты диффузия багытына карама-каршы келет, демек, орнотулган электр талаасынын пайда болушу алып жүрүүчүлөрдүн диффузиясына жол бербейт жана PN түйүнүнүн ичинде эки түрдүү кыймыл тең салмактуу болгонго чейин диффузия да, дрейф да болот, ошондуктан статикалык алып жүрүүчүлөрдүн агымы нөлгө барабар болот. Ички динамикалык баланс.
PN түйүнү жарык нурлануусуна дуушар болгондо, фотондун энергиясы алып жүрүүчүгө өткөрүлүп берилет жана фотогенерацияланган алып жүрүүчү, башкача айтканда, фотогенерацияланган электрон-тешиги жубу пайда болот. Электр талаасынын таасири астында электрон жана тешик тиешелүүлүгүнө жараша N аймагына жана P аймагына жылышат, ал эми фотогенерацияланган алып жүрүүчүнүн багыттуу жылышы фототокту пайда кылат. Бул PN түйүнү фотодетекторунун негизги принциби.
(3)PIN фотодетектор
Pin фотодиоду – бул I катмарынын ортосундагы P-типтеги материал жана N-типтеги материал, материалдын I катмары жалпысынан ички же аз легирленген материал болуп саналат. Анын иштөө механизми PN түйүнүнө окшош, PIN түйүнү жарык нурлануусуна дуушар болгондо, фотон энергияны электронго өткөрүп, фотогенерацияланган заряд ташуучуларды пайда кылат, ал эми ички электр талаасы же тышкы электр талаасы фотогенерацияланган электрон-тешиги жуптарын азайуу катмарында бөлүп, дрейфтелген заряд ташуучулар тышкы чынжырда ток пайда кылат. I катмарынын ролу азайуу катмарынын туурасын кеңейтүү болуп саналат, ал эми I катмар чоң кыйшайуу чыңалуусунун астында толугу менен азайуу катмарына айланат жана пайда болгон электрон-тешиги жуптары тез бөлүнөт, ошондуктан PIN түйүн фотодетекторунун жооп берүү ылдамдыгы жалпысынан PN түйүн детекторуна караганда тезирээк болот. I катмарынын сыртындагы ташуучулар да азайуу катмары тарабынан диффузиялык кыймыл аркылуу чогултулуп, диффузиялык токту түзөт. I катмарынын калыңдыгы жалпысынан өтө жука жана анын максаты детектордун жооп берүү ылдамдыгын жакшыртуу болуп саналат.
(4)APD фотодетекторукөчкү фотодиоду
Механизмикөчкү фотодиодуPN өткөөлүнө окшош. APD фотодетектору катуу легирленген PN өткөөлүн колдонот, APD аныктоого негизделген иштөө чыңалуу чоң жана чоң тескери жылышуу кошулганда, APD ичинде кагылышуу иондоштурулуу жана көчкү көбөйүү пайда болот жана детектордун иштеши фототоктун жогорулашына алып келет. APD тескери жылышуу режиминде болгондо, азайуу катмарындагы электр талаасы абдан күчтүү болот жана жарык тарабынан пайда болгон фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөр тез бөлүнүп, электр талаасынын таасири астында тез жылып кетет. Бул процессте электрондордун торчо менен кагылышып, торчодогу электрондордун иондошушуна алып келүү ыктымалдыгы бар. Бул процесс кайталанат жана торчодогу иондоштурулган иондор да торчо менен кагылышып, APDдеги заряд алып жүрүүчүлөрдүн санынын көбөйүшүнө алып келет, натыйжада чоң ток пайда болот. APDдеги ушул уникалдуу физикалык механизм APDге негизделген детекторлор жалпысынан тез жооп берүү ылдамдыгы, чоң ток маанисинин жогорулашы жана жогорку сезгичтик мүнөздөмөлөрүнө ээ. PN өткөөлү жана PIN өткөөлү менен салыштырганда, APD тезирээк жооп берүү ылдамдыгына ээ, бул учурдагы фотосезгич түтүктөрдүн арасындагы эң ылдам жооп берүү ылдамдыгы.
(5) Шоттки түйүнүнүн фотодетектору
Шоттки өткөөл фотодетекторунун негизги түзүлүшү - жогоруда сүрөттөлгөн PN өткөөлүнө окшош электрдик мүнөздөмөлөрү бар Шоттки диоду жана ал оң өткөрүмдүүлүк жана тескери кесилиш менен бир багыттуу өткөрүмдүүлүккө ээ. Жумуш функциясы жогору металл жана жумуш функциясы төмөн жарым өткөргүч контакт түзгөндө, Шоттки тосмосу пайда болот жана натыйжада пайда болгон туташуу Шоттки өткөөлү болуп саналат. Негизги механизм PN өткөөлүнө бир аз окшош, мисалы, N-типтеги жарым өткөргүчтөрдү алсак, эки материал контакт түзгөндө, эки материалдын ар кандай электрон концентрацияларынан улам, жарым өткөргүчтөгү электрондор металл тарабына диффузияланат. Диффузияланган электрондор металлдын бир учунда тынымсыз топтолот, ошентип металлдын баштапкы электрдик нейтралдуулугун бузуп, контакт бетинде жарым өткөргүчтөн металлга чейин орнотулган электр талаасын пайда кылат жана электрондор ички электр талаасынын таасири астында дрейф болуп, алып жүрүүчүнүн диффузия жана дрейф кыймылы бир убакта, динамикалык тең салмактуулукка жетүү үчүн бир убакыт өткөндөн кийин жана акырында Шоттки өткөөлүн пайда кылуу үчүн жүргүзүлөт. Жарык шарттарында тосмо аймагы жарыкты түздөн-түз сиңирип, электрондук-тешиги жуптарын пайда кылат, ал эми PN түйүнүнүн ичиндеги фотогенерацияланган алып жүрүүчүлөр түйүн аймагына жетүү үчүн диффузия аймагынан өтүшү керек. PN түйүнүнө салыштырмалуу, Шоттки түйүнүнө негизделген фотодетектордун жооп берүү ылдамдыгы жогору, ал тургай жооп берүү ылдамдыгы ns деңгээлине жетиши мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 13-августу