növüfotodetektor cihazıstrukturu
Fotodetektoroptik siqnalı elektrik siqnalına çevirən cihazdır, onun strukturu və müxtəlifliyi, əsasən aşağıdakı kateqoriyalara bölünə bilər:
(1) Fotokeçirici fotodetektor
Fotokeçirici qurğular işığa məruz qaldıqda, fotogenerasiya edilmiş daşıyıcı onların keçiriciliyini artırır və müqavimətini azaldır. Otaq temperaturunda həyəcanlanan daşıyıcılar elektrik sahəsinin təsiri altında istiqamətli şəkildə hərəkət edir və beləliklə, cərəyan yaradır. İşıq şəraitində elektronlar həyəcanlanır və keçid baş verir. Eyni zamanda, onlar bir elektrik sahəsinin təsiri altında bir foto cərəyan yaratmaq üçün sürüşürlər. Nəticədə yaranan fotogenerasiya daşıyıcıları cihazın keçiriciliyini artırır və bununla da müqaviməti azaldır. Fotokeçirici fotodetektorlar adətən yüksək qazanc və performansda böyük həssaslıq nümayiş etdirirlər, lakin onlar yüksək tezlikli optik siqnallara cavab verə bilmirlər, ona görə də cavab sürəti yavaş olur, bu da bəzi aspektlərdə fotokeçirici cihazların tətbiqini məhdudlaşdırır.
(2)PN fotodetektoru
PN fotodetektoru P tipli yarımkeçirici material ilə N tipli yarımkeçirici materialın təması nəticəsində əmələ gəlir. Kontakt yaranmazdan əvvəl iki material ayrı vəziyyətdədir. P tipli yarımkeçiricilərdə Fermi səviyyəsi valentlik zolağının kənarına yaxın, N tipli yarımkeçiricilərdə isə Fermi səviyyəsi keçiricilik zolağının kənarına yaxındır. Eyni zamanda, keçiricilik zolağının kənarındakı N tipli materialın Fermi səviyyəsi iki materialın Fermi səviyyəsi eyni vəziyyətdə olana qədər davamlı olaraq aşağıya doğru sürüşdürülür. Keçirici zolağın və valentlik zolağının vəziyyətinin dəyişməsi də zolağın əyilməsi ilə müşayiət olunur. PN qovşağı tarazlıqdadır və vahid Fermi səviyyəsinə malikdir. Yük daşıyıcısının təhlili baxımından P tipli materiallarda yük daşıyıcılarının əksəriyyəti deşiklər, N tipli materiallarda isə yük daşıyıcılarının əksəriyyəti elektronlardır. İki material təmasda olduqda, daşıyıcı konsentrasiyasının fərqinə görə, N tipli materiallardakı elektronlar P tipinə, N tipli materiallardakı elektronlar isə deşiklərə əks istiqamətdə yayılacaq. Elektronların və dəliklərin diffuziyasından qalan kompensasiya olunmayan sahə daxili elektrik sahəsini meydana gətirəcək və daxili elektrik sahəsi daşıyıcı sürüşmə meylinə səbəb olacaq və sürüşmə istiqaməti diffuziya istiqamətinin tam əksinədir, yəni daxili elektrik sahəsinin formalaşması daşıyıcıların yayılmasının qarşısını alır və PN daxilində həm diffuziya, həm də sürüşmə var. iki növ hərəkət balanslaşdırılana qədər qovşaq, beləliklə statik daşıyıcı axını sıfırdır. Daxili dinamik tarazlıq.
PN qovşağı işıq şüalanmasına məruz qaldıqda, fotonun enerjisi daşıyıcıya ötürülür və fotogenerasiya edilmiş daşıyıcı, yəni fotogenerasiya edilmiş elektron-deşik cütü yaranır. Elektrik sahəsinin təsiri altında elektron və dəlik müvafiq olaraq N bölgəsinə və P bölgəsinə sürüşür və fotogenerasiya edilmiş daşıyıcının istiqamətli sürüşməsi foto cərəyan yaradır. Bu, PN qovşağı fotodetektorunun əsas prinsipidir.
(3)PIN fotodetektoru
Pin fotodiod I təbəqə arasında P tipli material və N tipli materialdır, materialın I təbəqəsi ümumiyyətlə daxili və ya aşağı qatqılı materialdır. Onun iş mexanizmi PN qovşağına bənzəyir, PIN qovşağı işıq şüalanmasına məruz qaldıqda, foton enerjini elektrona ötürür, fotogenerasiya edilmiş yük daşıyıcıları yaradır və daxili elektrik sahəsi və ya xarici elektrik sahəsi fotogenerasiya edilmiş elektron dəliyi ayırır. tükənmə qatında cütləşir və sürüklənən yük daşıyıcıları xarici dövrədə cərəyan əmələ gətirir. I təbəqənin oynadığı rol tükənmə təbəqəsinin enini genişləndirməkdən ibarətdir və I təbəqə böyük əyilmə gərginliyi altında tamamilə tükənmə təbəqəsinə çevriləcək və yaranan elektron-deşik cütləri sürətlə ayrılacaq, buna görə də layın cavab sürəti PIN qovşağının fotodetektoru ümumiyyətlə PN qovşağının detektorundan daha sürətlidir. I təbəqədən kənar daşıyıcılar da diffuziya hərəkəti vasitəsilə tükənmə təbəqəsi tərəfindən toplanır və diffuziya cərəyanı əmələ gətirir. I təbəqənin qalınlığı ümumiyyətlə çox nazikdir və onun məqsədi detektorun cavab sürətini yaxşılaşdırmaqdır.
(4)APD fotodetektoruuçqun fotodiodu
Mexanizmiuçqun fotodioduPN qovşağına bənzəyir. APD fotodetektoru güclü qatqılı PN keçidindən istifadə edir, APD aşkarlanmasına əsaslanan işləmə gərginliyi böyükdür və böyük əks meyl əlavə edildikdə, APD daxilində toqquşma ionlaşması və uçqun çoxalması baş verəcək və detektorun performansı foto cərəyanı artır. APD tərs əyilmə rejimində olduqda, tükənmə təbəqəsindəki elektrik sahəsi çox güclü olacaq və işığın yaratdığı fotogenerasiya daşıyıcıları tez bir zamanda ayrılacaq və elektrik sahəsinin təsiri altında sürətlə sürüşəcəkdir. Bu proses zamanı elektronların qəfəsə çarpması ehtimalı var ki, bu da qəfəsdəki elektronların ionlaşmasına səbəb olur. Bu proses təkrarlanır və qəfəsdəki ionlaşmış ionlar da qəfəslə toqquşaraq APD-də yük daşıyıcılarının sayının artmasına səbəb olur və nəticədə böyük cərəyan yaranır. Məhz APD daxilindəki bu unikal fiziki mexanizmdir ki, APD əsaslı detektorlar ümumiyyətlə sürətli cavab sürəti, böyük cərəyan dəyər qazanması və yüksək həssaslıq xüsusiyyətlərinə malikdir. PN qovşağı və PIN qovşağı ilə müqayisədə APD daha sürətli cavab sürətinə malikdir ki, bu da cari işığa həssas borular arasında ən sürətli cavab sürətidir.
(5) Schottky qovşağının fotodetektoru
Schottky qovşağının fotodetektorunun əsas quruluşu, elektrik xüsusiyyətləri yuxarıda təsvir edilən PN qovşağının xüsusiyyətlərinə bənzəyən Şottki diodudur və müsbət keçiricilik və tərs kəsmə ilə bir istiqamətli keçiriciliyə malikdir. Yüksək iş funksiyasına malik metal və aşağı iş funksiyasına malik yarımkeçirici kontakt təşkil etdikdə Şottki maneəsi əmələ gəlir və nəticədə yaranan qovşaq Şottki qovşağı olur. Əsas mexanizm PN qovşağına bir qədər bənzəyir, N-tipli yarımkeçiriciləri nümunə kimi götürərək, iki material təmasda olduqda, iki materialın müxtəlif elektron konsentrasiyalarına görə yarımkeçiricidəki elektronlar metal tərəfə yayılacaq. Yayılmış elektronlar davamlı olaraq metalın bir ucunda toplanır və beləliklə, metalın ilkin elektrik neytrallığını pozur, təmas səthində yarımkeçiricidən metala qədər daxili elektrik sahəsi əmələ gətirir və elektronlar metalın təsiri altında sürüşəcəklər. daxili elektrik sahəsi və daşıyıcının diffuziya və sürüşmə hərəkəti eyni vaxtda, çatmaq üçün müəyyən bir müddətdən sonra həyata keçiriləcəkdir. dinamik tarazlıq və nəhayət Schottky qovşağını meydana gətirir. İşıq şəraitində maneə bölgəsi birbaşa işığı udur və elektron-deşik cütləri əmələ gətirir, PN qovşağının içərisində fotogenerasiya edilmiş daşıyıcıların isə birləşmə bölgəsinə çatmaq üçün diffuziya bölgəsindən keçməsi lazımdır. PN qovşağı ilə müqayisədə, Schottky qovşağına əsaslanan fotodetektor daha sürətli cavab sürətinə malikdir və cavab sürəti hətta ns səviyyəsinə çata bilər.
Göndərmə vaxtı: 13 avqust 2024-cü il