Төрефотодетектор җайланмасыструктура
Фотодетектороптик сигналны электр сигналына әйләндерә торган җайланма, аның төзелеше һәм төрлелеге, нигездә, түбәндәге категорияләргә бүленергә мөмкин:
(1) Фотоүткәргеч фотодетектор
Фотоүткәргеч җайланмалар яктылыкка дучар булганда, фотогенерацияләнгән ташучылар үзләренең үткәрүчәнлеген арттыра һәм каршылыгын киметә. Бүлмә температурасында кузгатылган ташучылар электр кыры тәэсирендә юнәлешле хәрәкәт итәләр, шулай итеп ток барлыкка китерәләр. Яктылык шартларында электроннар кузгала һәм күчү була. Шул ук вакытта алар электр кыры тәэсирендә фототок барлыкка китерү өчен дрейфлыйлар. Нәтиҗәдә барлыкка килгән фотогенерацияләнгән ташучылар җайланманың үткәрүчәнлеген арттыра һәм шулай итеп каршылыкны киметә. Фотоүткәргеч фотодетекторлар гадәттә югары көчәнеш һәм эшләүдә зур җавап бирүчәнлек күрсәтәләр, ләкин алар югары ешлыклы оптик сигналларга җавап бирә алмыйлар, шуңа күрә җавап бирү тизлеге акрын, бу фотоүткәргеч җайланмаларны куллануны кайбер аспектларда чикли.
(2)PN фотодетекторы
PN фотодетекторы P-тип ярымүткәргеч материалы һәм N-тип ярымүткәргеч материалы арасындагы контакт нәтиҗәсендә барлыкка килә. Контакт барлыкка килгәнче, ике материал аерым хәлдә була. P-тип ярымүткәргечтә Ферми дәрәҗәсе валентлык зонасы кырыена якын, ә N-тип ярымүткәргечтә Ферми дәрәҗәсе үткәрүчәнлек зонасы кырыена якын. Шул ук вакытта, үткәрүчәнлек зонасы кырыена урнашкан N-тип материалның Ферми дәрәҗәсе ике материалның Ферми дәрәҗәсе бер үк позициядә булганчы өзлексез аска таба күчә. Үткәргечлек зонасы һәм валентлык зонасы позициясенең үзгәрүе шулай ук зонаның бөгелүе белән бергә бара. PN тоташуы тигезлектә һәм бердәм Ферми дәрәҗәсенә ия. Заряд ташучылар анализы ягыннан караганда, P-тип материаллардагы заряд ташучыларның күбесе тишекләр, ә N-тип материаллардагы заряд ташучыларның күбесе электроннар. Ике материал контактта булганда, ташучылар концентрациясе аермасы аркасында, N-тип материаллардагы электроннар P-типка диффузияләнә, ә N-тип материаллардагы электроннар тишекләргә каршы юнәлештә диффузияләнә. Электроннар һәм тишекләр диффузиясеннән калган компенсацияләнмәгән мәйдан эчке электр кырын барлыкка китерәчәк, һәм эчке электр кыры йөртүчеләрнең дрейфын юнәлтәчәк, һәм дрейф юнәлеше диффузия юнәлешенә капма-каршы, димәк, эчке электр кыры формалашуы йөртүчеләрнең диффузиясен булдырмый, һәм PN тоташуында ике төрле хәрәкәт тигезләнгәнче, статик йөртүчеләр агымы нульгә тигез булганчы диффузия дә, дрейф та бар. Эчке динамик баланс.
PN тоташуына яктылык нурланышы тәэсир иткәндә, фотон энергиясе ташучыга күчә, һәм фотогенерацияләнгән ташучы, ягъни фотогенерацияләнгән электрон-тишек пары барлыкка килә. Электр кыры тәэсирендә электрон һәм тишек N өлкәсенә һәм P өлкәсенә күчә, һәм фотогенерацияләнгән ташучының юнәлешле дрейфы фототок барлыкка китерә. Бу PN тоташу фотодетекторының төп принцибы.
(3)PIN фотодетектор
Пин фотодиод - I катлам арасындагы P-типтагы материал һәм N-типтагы материал, материалның I катламы, гадәттә, эчке яки түбән легирланган материал. Аның эш механизмы PN тоташуына охшаш, PIN тоташуына яктылык нурланышы тәэсир иткәндә, фотон энергияне электронга күчерә, фотогенерацияләнгән заряд ташучылар барлыкка китерә, һәм эчке электр кыры яки тышкы электр кыры фотогенерацияләнгән электрон-тишек парларын кимү катламында аерачак, ә дрейфланган заряд ташучылар тышкы чылбырда ток барлыкка китерәчәк. I катламның роле - кимү катламының киңлеген киңәйтү, һәм I катлам зур көчәнеш астында тулысынча кимү катламына әйләнәчәк, һәм барлыкка килгән электрон-тишек парлары тиз аерылачак, шуңа күрә PIN тоташу фотодетекторының җавап тизлеге, гадәттә, PN тоташу детекторыныкыннан тизрәк. I катламнан тыш йөртүчеләр дә кимү катламы тарафыннан диффузия хәрәкәте аша җыела, диффузия тогы барлыкка китерә. I катламның калынлыгы, гадәттә, бик нечкә, һәм аның максаты - детекторның җавап тизлеген яхшырту.
(4)APD фотодетекторыкар ишелүе фотодиоды
Механизмыкар ишелүе фотодиодыPN тоташуына охшаш. APD фотодетекторы көчле легирланган PN тоташуын куллана, APD детекторына нигезләнгән эш көчәнеше зур, һәм зур кире тайпылыш өстәлгәндә, APD эчендә бәрелеш ионлашуы һәм кар ишелмәсе тапкырлавы барлыкка киләчәк, һәм детекторның эшләве фототокны арттыра. APD кире тайпылыш режимында булганда, кимү катламындагы электр кыры бик көчле булачак, һәм яктылык белән барлыкка килгән фотогенерацияләнгән ташучылар тиз аерылачак һәм электр кыры тәэсирендә тиз тайпылачак. Бу процесс вакытында электроннарның рәшәткәгә бәрелүе ихтималы бар, бу рәшәткәдәге электроннарның ионлашуына китерә. Бу процесс кабатлана, һәм рәшәткәдәге ионлаштырылган ионнар да рәшәткә белән бәрелешәләр, бу APDдагы заряд ташучылар санының артуына китерә, нәтиҗәдә зур ток барлыкка килә. APD эчендәге уникаль физик механизм - APD нигезендәге детекторлар, гадәттә, тиз җавап бирү тизлеге, зур ток кыйммәте артуы һәм югары сизгерлек үзенчәлекләренә ия. PN тоташу һәм PIN тоташу белән чагыштырганда, APD тизрәк җавап бирү тизлегенә ия, бу хәзерге фотосизгер лампалар арасында иң тиз җавап бирү тизлеге.
(5) Шоттки тоташу фотодетекторы
Шоттки тоташу фотодетекторының төп структурасы - Шоттки диоды, аның электр характеристикалары югарыда тасвирланган PN тоташуына охшаш, һәм ул уңай үткәрүчәнлек һәм кире кисү белән бер юнәлешле үткәрүчәнлеккә ия. Югары эш функциясе булган металл һәм түбән эш функциясе булган ярымүткәргеч контакт барлыкка китергәндә, Шоттки киртәсе барлыкка килә, һәм нәтиҗәдә килеп чыккан тоташу - Шоттки тоташу. Төп механизм PN тоташуына охшаш, мисал итеп N-типтагы ярымүткәргечләрне алыйк, ике материал контакт барлыкка китергәндә, ике материалның электрон концентрацияләре төрле булу сәбәпле, ярымүткәргечтәге электроннар металл ягына таралачак. Таркалган электроннар металлның бер очында өзлексез җыела, шулай итеп металлның башлангыч электр нейтральлеген җимерә, контакт өслегендә ярымүткәргечтән металлга кадәр урнашкан электр кыры барлыкка китерә, һәм электроннар эчке электр кыры тәэсирендә дрейфлый, һәм йөртүченең диффузия һәм дрейф хәрәкәте бер үк вакытта, динамик тигезлеккә ирешү өчен һәм ниһаять, Шоттки тоташуын барлыкка китерү өчен башкарылачак. Яктылык шартларында, киртә өлкәсе яктылыкны турыдан-туры йота һәм электрон-тишек парларын барлыкка китерә, ә PN тоташу эчендәге фотогенерацияләнгән йөртүчеләр тоташу өлкәсенә барып җитү өчен диффузия өлкәсе аша үтәргә тиеш. PN тоташу белән чагыштырганда, Шоттки тоташуына нигезләнгән фотодетекторның җавап бирү тизлеге югарырак, һәм җавап бирү тизлеге хәтта ns дәрәҗәсенә дә җитә ала.
Бастырып чыгару вакыты: 2024 елның 13 августы