Turifotodetektor qurilmasituzilish
Fotodetektoroptik signalni elektr signaliga aylantiruvchi qurilma bo'lib, uning tuzilishi va xilma-xilligini asosan quyidagi toifalarga bo'lish mumkin:
(1) Fotoo'tkazuvchan fotodetektor
Fotoo'tkazuvchan qurilmalar yorug'likka duchor bo'lganda, fotogeneratsiyalangan tashuvchi o'tkazuvchanligini oshiradi va qarshiligini pasaytiradi. Xona haroratida qo'zg'atilgan tashuvchilar elektr maydoni ta'sirida yo'nalish bo'yicha harakatlanadi va shu bilan tok hosil qiladi. Yorug'lik sharoitida elektronlar qo'zg'aladi va o'tish sodir bo'ladi. Shu bilan birga, ular elektr maydoni ta'sirida fototok hosil qilish uchun siljiydi. Natijada hosil bo'lgan fotogeneratsiyalangan tashuvchilar qurilmaning o'tkazuvchanligini oshiradi va shu bilan qarshilikni kamaytiradi. Fotoo'tkazuvchan fotodetektorlar odatda yuqori daromad va ishlashda katta sezgirlikni ko'rsatadi, lekin ular yuqori chastotali optik signallarga javob bera olmaydi, shuning uchun javob tezligi sekin, bu esa fotoo'tkazuvchan qurilmalarning qo'llanilishini ba'zi jihatlarda cheklaydi.
(2)PN fotodetektori
PN fotodetektori P-turdagi yarimo'tkazgich materiali va N-turdagi yarimo'tkazgich materiali o'rtasidagi kontakt orqali hosil bo'ladi. Kontakt hosil bo'lishidan oldin, ikkala material alohida holatda bo'ladi. P-turdagi yarimo'tkazgichdagi Fermi darajasi valentlik zonasining chetiga yaqin, N-turdagi yarimo'tkazgichdagi Fermi darajasi esa o'tkazuvchanlik zonasining chetiga yaqin. Shu bilan birga, o'tkazuvchanlik zonasining chetidagi N-turdagi materialning Fermi darajasi ikki materialning Fermi darajasi bir xil holatda bo'lguncha doimiy ravishda pastga siljiydi. O'tkazuvchanlik zonasi va valentlik zonasi holatining o'zgarishi zonaning egilishi bilan ham birga keladi. PN birikmasi muvozanatda va bir xil Fermi darajasiga ega. Zaryad tashuvchilar tahlili nuqtai nazaridan, P-turdagi materiallardagi zaryad tashuvchilarning aksariyati teshiklar, N-turdagi materiallardagi zaryad tashuvchilarning aksariyati esa elektronlardir. Ikkala material kontaktda bo'lganda, tashuvchilar konsentratsiyasidagi farq tufayli, N-turdagi materiallardagi elektronlar P-turiga tarqaladi, N-turdagi materiallardagi elektronlar esa teshiklarga teskari yo'nalishda tarqaladi. Elektronlar va teshiklarning diffuziyasi natijasida qoldirilgan kompensatsiyalanmagan maydon o'rnatilgan elektr maydonini hosil qiladi va o'rnatilgan elektr maydoni tashuvchilarning siljishiga yo'naltiriladi va siljish yo'nalishi diffuziya yo'nalishiga mutlaqo teskari bo'ladi, ya'ni o'rnatilgan elektr maydonining shakllanishi tashuvchilarning diffuziyasiga to'sqinlik qiladi va PN birikmasi ichida ikkala turdagi harakat muvozanatlashguncha ham diffuziya, ham siljish mavjud bo'ladi, shunda statik tashuvchilar oqimi nolga teng bo'ladi. Ichki dinamik muvozanat.
PN birikmasi yorug'lik nurlanishiga duchor bo'lganda, foton energiyasi tashuvchiga o'tkaziladi va fotogeneratsiyalangan tashuvchi, ya'ni fotogeneratsiyalangan elektron-teshik juftligi hosil bo'ladi. Elektr maydoni ta'sirida elektron va teshik mos ravishda N mintaqasiga va P mintaqasiga siljiydi va fotogeneratsiyalangan tashuvchining yo'nalish siljishi fototok hosil qiladi. Bu PN birikma fotodetektorining asosiy printsipi.
(3)PIN fotodetektori
Pin fotodiod I qatlam orasidagi P-tipli material va N-tipli material bo'lib, materialning I qatlami odatda ichki yoki past qo'shimchali materialdir. Uning ish mexanizmi PN birikmasiga o'xshaydi, PIN birikmasi yorug'lik nurlanishiga duchor bo'lganda, foton energiyani elektronga o'tkazadi, fotogeneratsiyalangan zaryad tashuvchilarni hosil qiladi va ichki elektr maydoni yoki tashqi elektr maydoni fotogeneratsiyalangan elektron-teshik juftlarini tükenme qatlamida ajratadi va siljigan zaryad tashuvchilar tashqi zanjirda tok hosil qiladi. I qatlamning roli tükenme qatlamining kengligini kengaytirishdir va I qatlam katta tarafkashlik kuchlanishi ostida butunlay tükenme qatlamiga aylanadi va hosil bo'lgan elektron-teshik juftlari tezda ajralib chiqadi, shuning uchun PIN birikma fotodetektorining javob tezligi odatda PN birikma detektorinikidan tezroq bo'ladi. I qatlamdan tashqaridagi tashuvchilar ham tükenme qatlami tomonidan diffuziya harakati orqali to'planadi va diffuziya oqimini hosil qiladi. I qatlamining qalinligi odatda juda yupqa va uning maqsadi detektorning javob tezligini oshirishdir.
(4)APD fotodetektoriko'chki fotodiodi
Mexanizmiko'chki fotodiodiPN birikmasiga o'xshaydi. APD fotodetektori kuchli lehimlangan PN birikmasidan foydalanadi, APD aniqlashga asoslangan ish kuchlanishi katta va katta teskari tarafkashlik qo'shilganda, APD ichida to'qnashuv ionlanishi va ko'chki ko'payishi sodir bo'ladi va detektorning ishlashi fototokning oshishiga olib keladi. APD teskari tarafkashlik rejimida bo'lganda, kamayish qatlamidagi elektr maydoni juda kuchli bo'ladi va yorug'lik tomonidan hosil qilingan fotogeneratsiyalangan tashuvchilar tezda ajralib chiqadi va elektr maydoni ta'sirida tezda siljiydi. Bu jarayon davomida elektronlar panjaraga urilib, panjaradagi elektronlarning ionlanishiga olib kelishi ehtimoli bor. Bu jarayon takrorlanadi va panjaradagi ionlangan ionlar ham panjara bilan to'qnashadi, bu esa APDdagi zaryad tashuvchilar sonining ko'payishiga olib keladi va natijada katta tok hosil bo'ladi. APD ichidagi noyob fizik mexanizm APD asosidagi detektorlar odatda tez javob tezligi, katta tok qiymati ortishi va yuqori sezgirlik xususiyatlariga ega. PN birikmasi va PIN birikmasi bilan taqqoslaganda, APD tezroq javob tezligiga ega, bu hozirgi fotosensitiv naychalar orasida eng tez javob tezligidir.
(5) Shottki birikma fotodetektori
Schottky birikma fotodetektorining asosiy tuzilishi Schottky diodi bo'lib, uning elektr xususiyatlari yuqorida tavsiflangan PN birikmasiga o'xshash va u musbat o'tkazuvchanlik va teskari uzilish bilan bir tomonlama o'tkazuvchanlikka ega. Yuqori ish funktsiyasiga ega metall va past ish funktsiyasiga ega yarimo'tkazgich kontakt hosil qilganda, Schottky to'sig'i hosil bo'ladi va natijada hosil bo'lgan birikma Schottky birikmasidir. Asosiy mexanizm PN birikmasiga biroz o'xshaydi, masalan, N-turdagi yarimo'tkazgichlarni olaylik, ikkita material kontakt hosil qilganda, ikki materialning elektron konsentratsiyalari turlicha bo'lgani uchun yarimo'tkazgichdagi elektronlar metall tomonga tarqaladi. Tarqalgan elektronlar metallning bir uchida doimiy ravishda to'planadi, shu bilan metallning asl elektr neytralligini yo'q qiladi, kontakt yuzasida yarimo'tkazgichdan metallga o'rnatilgan elektr maydonini hosil qiladi va elektronlar ichki elektr maydoni ta'sirida siljiydi va tashuvchining diffuziya va siljish harakati bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi, dinamik muvozanatga erishish uchun ma'lum vaqt o'tgandan so'ng va nihoyat Schottky birikmasini hosil qiladi. Yorug'lik sharoitida to'siq sohasi yorug'likni to'g'ridan-to'g'ri yutadi va elektron-teshik juftlarini hosil qiladi, PN birikmasi ichidagi fotogeneratsiyalangan tashuvchilar esa birikma sohasiga yetib borish uchun diffuziya sohasidan o'tishi kerak. PN birikmasi bilan taqqoslaganda, Shottki birikmasiga asoslangan fotodetektor tezroq javob berish tezligiga ega va javob berish tezligi hatto ns darajasiga ham yetishi mumkin.
Nashr vaqti: 2024-yil 13-avgust