Фотодетектор құрылғысының құрылымының түрі

түріфотодетектор құрылғысықұрылымы
Фотодетектороптикалық сигналды электрлік сигналға түрлендіретін құрылғы, оның құрылымы мен әртүрлілігі, негізінен келесі санаттарға бөлуге болады:
(1) Фотоөткізгіш фотодетектор
Фотоөткізгіш құрылғыларға жарық әсер еткенде, фотогенерацияланатын тасымалдаушы олардың өткізгіштігін арттырады және кедергісін төмендетеді. Бөлме температурасында қозғалған тасымалдаушылар электр өрісінің әсерінен бағытты түрде қозғалады, осылайша ток тудырады. Жарық жағдайында электрондар қозғалады және ауысу жүреді. Сонымен бірге олар электр өрісінің әсерінен қозғалып, фототок түзеді. Алынған фотогенерацияланған тасымалдаушылар құрылғының өткізгіштігін арттырады және осылайша қарсылықты азайтады. Фотоөткізгіш фотодетекторлар әдетте өнімділікте жоғары ұтымдылық пен үлкен жауап беру қабілетін көрсетеді, бірақ олар жоғары жиілікті оптикалық сигналдарға жауап бере алмайды, сондықтан жауап беру жылдамдығы баяу, бұл кейбір аспектілерде фотоөткізгіш құрылғыларды қолдануды шектейді.

(2)PN фотодетекторы
PN фотодетекторы P типті жартылай өткізгіш материал мен N типті жартылай өткізгіш материал арасындағы байланыс арқылы қалыптасады. Байланыс пайда болғанға дейін екі материал бөлек күйде болады. Р-типті жартылай өткізгіштегі Ферми деңгейі валенттік зонаның шетіне жақын, ал N-типті жартылай өткізгіштегі Ферми деңгейі өткізгіштік зонаның шетіне жақын. Сонымен бірге өткізгіштік жолағының шетіндегі N-тәрізді материалдың Ферми деңгейі екі материалдың Ферми деңгейі бірдей күйге келгенше үздіксіз төмен қарай ығысады. Өткізгіштік зонасы мен валенттілік зонасының орнының өзгеруі де жолақтың иілуімен бірге жүреді. PN түйісуі тепе-теңдікте және біркелкі Ферми деңгейіне ие. Заряд тасымалдаушыны талдау аспектісінде P типті материалдардағы заряд тасымалдаушылардың көпшілігі тесіктер, ал N типті материалдардағы заряд тасымалдаушылардың көпшілігі электрондар болып табылады. Екі материал байланыста болғанда, тасымалдаушы концентрациясының айырмашылығына байланысты, N-типті материалдардағы электрондар P-түріне диффузияланады, ал N-типті материалдардағы электрондар тесіктерге қарама-қарсы бағытта таралады. Электрондар мен саңылаулардың диффузиясынан қалған компенсацияланбаған аймақ кіріктірілген электр өрісін құрайды, ал кіріктірілген электр өрісі тасымалдаушының дрейфін көрсетеді, ал дрейф бағыты диффузия бағытына қарама-қарсы, яғни кіріктірілген электр өрісінің пайда болуы тасымалдаушылардың диффузиясын болдырмайды және қозғалыстың екі түрі теңдестірілгенге дейін PN өткелінің ішінде диффузия да, дрейф те болады, осылайша статикалық тасымалдаушы ағыны нөлге тең болады. Ішкі динамикалық тепе-теңдік.
PN түйісуіне жарық сәулеленуі әсер еткенде фотонның энергиясы тасымалдаушыға беріледі де, фотогенерацияланатын тасымалдаушы, яғни фотогенерацияланған электрон-тесік жұбы пайда болады. Электр өрісінің әсерінен электрон мен саңылау сәйкесінше N аймағына және P аймағына ауытқиды, ал фотогенерацияланатын тасымалдаушының бағытталған дрейфі фототокты тудырады. Бұл PN түйісу фотодетекторының негізгі принципі.

(3)PIN фотодетекторы
Штырь фотодиод - бұл P-типті материал және I қабат арасындағы N-типті материал, материалдың I қабаты әдетте ішкі немесе төмен легирленген материал болып табылады. Оның жұмыс механизмі PN түйісуіне ұқсас, PIN өткеліне жарық сәулеленуі әсер еткенде, фотон энергияны электронға тасымалдап, фотогенерацияланған заряд тасымалдаушыларды тудырады, ал ішкі электр өрісі немесе сыртқы электр өрісі фотогенерацияланған электрон-тесікті бөледі. жұптары сарқылу қабатында болады, ал дрейфтелген заряд тасымалдаушылар сыртқы контурда ток түзеді. I қабаттың атқаратын рөлі сарқылу қабатының енін кеңейту болып табылады, ал I қабат үлкен ығысу кернеуі кезінде толығымен сарқылу қабатына айналады, ал генерацияланған электрон-тесік жұптары тез бөлінеді, сондықтан жауап беру жылдамдығы. PIN қосылымының фотодетекторы әдетте PN түйісетін детекторға қарағанда жылдамырақ. I қабаттан тыс тасымалдаушылар да диффузиялық қозғалыс арқылы сарқылу қабатымен жиналып, диффузиялық ток түзеді. І қабаттың қалыңдығы әдетте өте жұқа және оның мақсаты детектордың жауап беру жылдамдығын жақсарту болып табылады.

(4)APD фотодетекторыкөшкін фотодиод
механизмікөшкін фотодиодPN түйісуіне ұқсас. APD фотодетекторы қатты легирленген PN өткелін пайдаланады, APD анықтауға негізделген жұмыс кернеуі үлкен және үлкен кері ығысу қосылғанда, APD ішінде соқтығыс ионизациясы және көшкіннің көбеюі орын алады, ал детектордың өнімділігі фототокты арттырады. APD кері ығысу режимінде болғанда, сарқылу қабатындағы электр өрісі өте күшті болады, ал жарықтан пайда болған фотогенерацияланған тасымалдаушылар электр өрісінің әсерінен тез ажырап, тез қозғалады. Бұл процесс кезінде электрондардың торға соғылып, тордағы электрондардың иондалу ықтималдығы бар. Бұл процесс қайталанады және тордағы иондалған иондар да тормен соқтығысып, АПД-дағы заряд тасымалдаушылардың саны артады, нәтижесінде үлкен ток пайда болады. APD негізіндегі детекторлар әдетте жылдам жауап беру жылдамдығы, үлкен ток мәнін арттыру және жоғары сезімталдық сипаттамаларына ие APD ішіндегі осы бірегей физикалық механизм. PN және PIN түйісуімен салыстырғанда, APD жылдамырақ жауап беру жылдамдығына ие, бұл қазіргі фотосезімтал түтіктер арасындағы ең жылдам жауап беру жылдамдығы.

(5) Шоттки қосылысының фотодетекторы
Шоттки қосылысының фотодетекторының негізгі құрылымы Шоттки диоды болып табылады, оның электрлік сипаттамалары жоғарыда сипатталған PN өткелінің сипаттамаларына ұқсас және ол оң өткізгіштікпен және кері кесумен бір бағытты өткізгіштікке ие. Жұмыс функциясы жоғары металл мен төмен жұмыс функциясы бар жартылай өткізгіш контакт құрғанда, Шоттки тосқауылы пайда болады, ал алынған түйіспе Шоттки тоғысында болады. Негізгі механизм N-типті жартылай өткізгіштерді мысалға алып, PN түйісуіне біршама ұқсас, екі материал жанасу кезінде, екі материалдың әртүрлі электрон концентрациясына байланысты жартылай өткізгіштегі электрондар металл жағына диффузияланады. Диффузиялық электрондар металдың бір ұшында үздіксіз жинақталады, осылайша металдың бастапқы электрлік бейтараптығын бұзады, жанасу бетінде жартылай өткізгіштен металға дейін кіріктірілген электр өрісін құрайды және электрондар металдың әсерінен дрейф болады. ішкі электр өрісі және тасымалдаушының диффузиялық және дрейфтік қозғалысы динамикалық тепе-теңдікке жету үшін белгілі бір уақыт кезеңінен кейін бір уақытта орындалады және соңында Шоттки түйісуін құрайды. Жарық жағдайында тосқауыл аймағы жарықты тікелей жұтып, электронды-тесік жұптарын тудырады, ал PN өткелінің ішіндегі фотогенерацияланған тасымалдаушылар түйісу аймағына жету үшін диффузиялық аймақ арқылы өтуі керек. PN түйісуімен салыстырғанда, Шоттки түйініне негізделген фотодетектор жылдамырақ жауап беру жылдамдығына ие және жауап беру жылдамдығы тіпті ns деңгейіне жетуі мүмкін.