Növüfotodetektor cihazıquruluş
FotodetektorOptik siqnalı elektrik siqnalına çevirən bir cihazdır, quruluşu və müxtəlifliyi əsasən aşağıdakı kateqoriyalara bölünə bilər:
(1) Fotokeçirici fotodetektor
Fotokeçirici cihazlar işığa məruz qaldıqda, fotogenerasiya olunmuş daşıyıcı keçiriciliyini artırır və müqavimətini azaldır. Otaq temperaturunda həyəcanlanmış daşıyıcılar elektrik sahəsinin təsiri altında istiqamətli şəkildə hərəkət edir və beləliklə cərəyan yaradır. İşıq şəraitində elektronlar həyəcanlanır və keçid baş verir. Eyni zamanda, onlar elektrik sahəsinin təsiri altında fotocərəyan əmələ gətirmək üçün sürüşürlər. Nəticədə yaranan fotogenerasiya olunmuş daşıyıcılar cihazın keçiriciliyini artırır və beləliklə müqaviməti azaldır. Fotokeçirici fotodetektorlar adətən yüksək qazanc və performansda böyük cavabdehlik göstərirlər, lakin yüksək tezlikli optik siqnallara cavab verə bilmirlər, buna görə də cavab sürəti yavaşdır ki, bu da bəzi aspektlərdə fotokeçirici cihazların tətbiqini məhdudlaşdırır.
(2)PN fotodetektoru
PN fotodetektoru, P tipli yarımkeçirici material və N tipli yarımkeçirici material arasındakı təmasla əmələ gəlir. Təmas əmələ gəlməzdən əvvəl iki material ayrı vəziyyətdə olur. P tipli yarımkeçiricidə Fermi səviyyəsi valentlik zolağının kənarına, N tipli yarımkeçiricidə Fermi səviyyəsi isə keçiricilik zolağının kənarına yaxındır. Eyni zamanda, keçiricilik zolağının kənarındakı N tipli materialın Fermi səviyyəsi iki materialın Fermi səviyyəsi eyni mövqedə olana qədər davamlı olaraq aşağıya doğru sürüşür. Keçiricilik zolağının və valentlik zolağının mövqeyinin dəyişməsi də zolağın əyilməsi ilə müşayiət olunur. PN qovşağı tarazlıqdadır və vahid Fermi səviyyəsinə malikdir. Yük daşıyıcılarının təhlili baxımından, P tipli materiallardakı yük daşıyıcılarının əksəriyyəti dəliklərdir, N tipli materiallardakı yük daşıyıcılarının əksəriyyəti isə elektronlardır. İki material təmasda olduqda, daşıyıcı konsentrasiyasındakı fərqə görə, N tipli materiallardakı elektronlar P tipinə diffuziya olunacaq, N tipli materiallardakı elektronlar isə dəliklərə əks istiqamətdə diffuziya olunacaq. Elektronların və dəliklərin diffuziyası nəticəsində yaranan kompensasiya olunmamış sahə daxili elektrik sahəsi əmələ gətirəcək və daxili elektrik sahəsi daşıyıcı sürüşməsini istiqamətləndirəcək və sürüşmə istiqaməti diffuziya istiqamətindən tamamilə əksinə olacaq, yəni daxili elektrik sahəsinin əmələ gəlməsi daşıyıcıların diffuziyasının qarşısını alır və PN qovşağının içərisində iki növ hərəkət tarazlaşana qədər həm diffuziya, həm də sürüşmə olur ki, statik daşıyıcı axını sıfıra bərabər olsun. Daxili dinamik tarazlıq.
PN qovşağı işıq şüalanmasına məruz qaldıqda, fotonun enerjisi daşıyıcıya ötürülür və fotogenerasiya olunmuş daşıyıcı, yəni fotogenerasiya olunmuş elektron-dəlik cütü yaranır. Elektrik sahəsinin təsiri altında elektron və dəlik müvafiq olaraq N bölgəsinə və P bölgəsinə sürüşür və fotogenerasiya olunmuş daşıyıcının istiqamətli sürüşməsi fotocərəyan yaradır. Bu, PN qovşağı fotodetektorunun əsas prinsipidir.
(3)PIN fotodetektoru
Pin fotodiodu, I təbəqəsi arasında P tipli və N tipli bir materialdır, materialın I təbəqəsi ümumiyyətlə daxili və ya aşağı qatqılı bir materialdır. Onun işləmə mexanizmi PN qovşağına bənzəyir, PIN qovşağı işıq şüalanmasına məruz qaldıqda, foton enerjini elektrona ötürür, fotogenerasiya olunmuş yük daşıyıcıları yaradır və daxili elektrik sahəsi və ya xarici elektrik sahəsi tükənmə təbəqəsindəki fotogenerasiya olunmuş elektron-dəlik cütlərini ayıracaq və sürüşmüş yük daşıyıcıları xarici dövrədə cərəyan əmələ gətirəcək. I təbəqənin oynadığı rol tükənmə təbəqəsinin enini genişləndirməkdir və I təbəqə böyük bir qərəzli gərginlik altında tamamilə tükənmə təbəqəsinə çevriləcək və yaranan elektron-dəlik cütləri sürətlə ayrılacaq, buna görə də PIN qovşağı fotodetektorunun cavab sürəti ümumiyyətlə PN qovşağı detektorunun cavab sürətindən daha sürətlidir. I təbəqəsinin xaricindəki daşıyıcılar da tükənmə təbəqəsi tərəfindən diffuziya hərəkəti ilə toplanır və diffuziya cərəyanı əmələ gətirir. I təbəqəsinin qalınlığı ümumiyyətlə çox nazikdir və məqsədi detektorun cavab sürətini artırmaqdır.
(4)APD fotodetektoruuçqun fotodiodu
Mexanizmiuçqun fotodioduPN qovşağına bənzəyir. APD fotodetektoru çox qatqılı PN qovşağından istifadə edir, APD aşkarlanmasına əsaslanan işləmə gərginliyi böyükdür və böyük bir tərs qərəz əlavə edildikdə, APD daxilində toqquşma ionlaşması və uçqun vurulması baş verəcək və detektorun performansı artan fotocərəyandır. APD tərs qərəz rejimində olduqda, tükənmə təbəqəsindəki elektrik sahəsi çox güclü olacaq və işıq tərəfindən yaradılan fotogenerasiya olunmuş daşıyıcılar tez bir zamanda ayrılacaq və elektrik sahəsinin təsiri altında sürətlə sürüşəcək. Bu proses zamanı elektronların qəfəsə dəyməsi və qəfəsdəki elektronların ionlaşması ehtimalı var. Bu proses təkrarlanır və qəfəsdəki ionlaşmış ionlar da qəfəslə toqquşur və APD-dəki yük daşıyıcılarının sayının artmasına səbəb olur və nəticədə böyük bir cərəyan yaranır. APD daxilindəki bu unikal fiziki mexanizm APD əsaslı detektorların ümumiyyətlə sürətli cavab sürəti, böyük cərəyan dəyəri qazancı və yüksək həssaslıq xüsusiyyətlərinə malik olmasıdır. PN qovşağı və PIN qovşağı ilə müqayisədə APD daha sürətli cavab sürətinə malikdir ki, bu da mövcud fotosensitiv borular arasında ən sürətli cavab sürətidir.
(5) Şottki qovşağı fotodetektoru
Şottki qovşağı fotodetektorunun əsas quruluşu, elektrik xüsusiyyətləri yuxarıda təsvir edilən PN qovşağına bənzər olan və müsbət keçiriciliyə və tərs kəsilməyə malik bir istiqamətli keçiriciliyə malik Şottki diodudur. Yüksək iş funksiyasına malik metal və aşağı iş funksiyasına malik yarımkeçirici təmas əmələ gətirdikdə, Şottki baryeri əmələ gəlir və nəticədə yaranan qovşaq Şottki qovşağıdır. Əsas mexanizm PN qovşağına bir qədər bənzəyir, N tipli yarımkeçiriciləri nümunə götürsək, iki material təmas əmələ gətirdikdə, iki materialın fərqli elektron konsentrasiyalarına görə yarımkeçiricidəki elektronlar metal tərəfinə yayılacaq. Yayılmış elektronlar metalın bir ucunda davamlı olaraq toplanır və beləliklə, metalın orijinal elektrik neytrallığını məhv edir, təmas səthində yarımkeçiricidən metala daxili elektrik sahəsi əmələ gətirir və elektronlar daxili elektrik sahəsinin təsiri altında sürüşəcək və daşıyıcının diffuziya və sürüşmə hərəkəti dinamik tarazlığa çatmaq üçün bir müddətdən sonra eyni vaxtda həyata keçiriləcək və nəhayət Şottki qovşağı əmələ gətirəcək. İşıq şəraitində baryer bölgəsi işığı birbaşa udur və elektron-dəlik cütləri yaradır, PN qovşağının içərisindəki fotogenerasiya olunmuş daşıyıcılar isə qovşaq bölgəsinə çatmaq üçün diffuziya bölgəsindən keçməlidirlər. PN qovşağı ilə müqayisədə Şottki qovşağına əsaslanan fotodetektor daha sürətli cavab sürətinə malikdir və cavab sürəti hətta ns səviyyəsinə çata bilər.
Yazı vaxtı: 13 Avqust 2024