ფოტოდეტექტორის მოწყობილობის სტრუქტურის ტიპი

ტიპიფოტოდეტექტორის მოწყობილობასტრუქტურა
ფოტოდეტექტორიარის მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ოპტიკურ სიგნალს ელექტრო სიგნალად, ‌ მისი სტრუქტურა და მრავალფეროვნება, ‌ ძირითადად შეიძლება დაიყოს შემდეგ კატეგორიებად: ‌
(1) ფოტოკონდიტარული ფოტომეტექტორი
როდესაც ფოტოკონდუქციური მოწყობილობები ექვემდებარება შუქს, ფოტოგენერირებული გადამზიდავი ზრდის მათ გამტარობას და ამცირებს მათ წინააღმდეგობას. ოთახის ტემპერატურაზე აღფრთოვანებული გადამზიდავები მიმართულებით მოძრაობენ ელექტრული ველის მოქმედებით, რითაც წარმოქმნიან დინებას. სინათლის პირობებში, ელექტრონები აღფრთოვანებულნი არიან და ხდება გადასვლა. ამავდროულად, ისინი ელექტრული ველის მოქმედების ქვეშ დრიფებენ, რომ შექმნან ფოტომასალა. შედეგად მიღებული ფოტოგენერირებული მატარებლები ზრდის მოწყობილობის გამტარობას და ამით ამცირებენ წინააღმდეგობას. ფოტოკონდიტექტორები, როგორც წესი, აჩვენებენ მაღალი მომატება და დიდ რეაგირებას შესრულებაში, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ რეაგირება მაღალი სიხშირის ოპტიკურ სიგნალებზე, ამიტომ რეაგირების სიჩქარე ნელია, რაც ზღუდავს ფოტოკონდუქციური მოწყობილობების გამოყენებას ზოგიერთ ასპექტში.

(2)PN Photodetector
PN Photodetector იქმნება P- ტიპის ნახევარგამტარული მასალისა და N- ტიპის ნახევარგამტარული მასალის კონტაქტით. კონტაქტის ჩამოყალიბებამდე ორი მასალა ცალკეულ მდგომარეობაშია. ფერმის დონე P- ტიპის ნახევარგამტარულია ახლოს, ვალენტურობის ჯგუფის პირას, ხოლო N- ტიპის ნახევარგამტარული ფერმის დონე ახლოს არის გამტარობის ზღვარზე. ამავდროულად, N- ტიპის მასალის ფერმის დონე გამტარობის ჯგუფის პირას მუდმივად იცვლება ქვევით, სანამ ორი მასალის ფერმის დონე ერთსა და იმავე მდგომარეობაში არ არის. კონდუქციის ჯგუფისა და ვალენსის ჯგუფის პოზიციის შეცვლას თან ახლავს ჯგუფის მომატება. PN კავშირი არის წონასწორობაში და აქვს ერთიანი ფერმის ერთი დონე. დატენვის გადამზიდავი ანალიზის ასპექტიდან, P- ტიპის მასალებში დატენვის გადამზიდავების უმეტესობა ხვრელებია, ხოლო N- ტიპის მასალებში დატენვის გადამზიდავების უმეტესობა ელექტრონებია. როდესაც ორი მასალა კონტაქტშია, გადამზიდავი კონცენტრაციის განსხვავების გამო, N- ტიპის მასალებში არსებული ელექტრონები დიფუზია P- ტიპზე, ხოლო N- ტიპის მასალებში არსებული ელექტრონები საპირისპირო მიმართულებით განსხვავდება ხვრელებისკენ. ელექტრონებისა და ხვრელების დიფუზიის შედეგად დატოვებული არაკომპენსირებული არეალი ჩამოაყალიბებს ჩაშენებულ ელექტრო ველს, ხოლო ჩაშენებული ელექტრო ველი ტენდენციის გადამზიდავ დრიფტს შეადგენს, ხოლო დრიფტის მიმართულება საპირისპიროა დიფუზიის მიმართულებით, რაც იმას ნიშნავს, რომ ჩამონტაჟებული ელექტრო ველის ფორმირება ხელს უშლის გადამზიდავების დიფუზია, სანამ არ არის ნალექი. შიდა დინამიური ბალანსი.
როდესაც PN კავშირი ექვემდებარება მსუბუქი გამოსხივებას, ფოტონის ენერგია გადადის გადამზიდავში, ხოლო ფოტოგენერირებული გადამზიდავი, ანუ, ფოტოგენერირებული ელექტრონული ხვრელის წყვილი, წარმოიქმნება. ელექტრული ველის მოქმედების თანახმად, ელექტრონი და ხვრელი გადადის N რეგიონში და P რეგიონში, ხოლო ფოტოგენერირებული გადამზიდავის მიმართულებითი დრიფტი წარმოქმნის ფოტომასალა. ეს არის PN Junction Photodetector– ის ძირითადი პრინციპი.

(3)Pin photodetector
Pin photodiode არის p- ტიპის მასალა და N- ტიპის მასალა I ფენას შორის, მასალის I ფენა ზოგადად არის შინაგანი ან დაბალი დოპერული მასალა. მისი სამუშაო მექანიზმი მსგავსია PN– ის შეერთების მსგავსად, როდესაც PIN– ის კავშირი ექვემდებარება მსუბუქი გამოსხივებას, ფოტონი გადასცემს ენერგიას ელექტრონულად, წარმოქმნის ფოტოგენერირებული დატენვის გადამზიდავებს, ხოლო შიდა ელექტრული ველი ან გარე ელექტრო ველი გამოყოფს ფოტოგენერირებული ელექტრონული ხვრელის წყვილებს, დაქვეითებული ფენაში, ხოლო Drifted Charge Carriers– ს წარმოადგენენ გარე წრეში. ფენის მიერ შესრულებული როლი არის გაფუჭების ფენის სიგანე, ხოლო ფენა მე მთლიანად გავხდები დაშლის ფენა დიდი მიკერძოების ძაბვის ქვეშ, ხოლო წარმოქმნილი ელექტრონული ხვრელის წყვილი სწრაფად განცალკევდება, ასე რომ, პინების დამაკავშირებელი ფოტოდეტორის საპასუხო სიჩქარე ზოგადად უფრო სწრაფია, ვიდრე PN– ის დეტექტორი. I ფენის გარეთ მატარებლები ასევე გროვდება დაქვეითების ფენით დიფუზიის მოძრაობის გზით, ქმნიან დიფუზიის დინებას. I ფენის სისქე ზოგადად ძალიან თხელია და მისი მიზანია დეტექტორის რეაგირების სიჩქარის გაუმჯობესება.

(4)APD Photodetectorზვავი ფოტოდიოდი
მექანიზმიზვავი ფოტოდიოდიმსგავსია PN Junction. APD Photodetector იყენებს მძიმედ დოპედურ PN კავშირს, APD– ის გამოვლენის საფუძველზე დაფუძნებული ოპერაციული ძაბვა დიდია, ხოლო როდესაც დიდი საპირისპირო მიკერძოება ემატება, შეჯახების იონიზაცია და ზვავის გამრავლება მოხდება APD– ს შიგნით, ხოლო დეტექტორის მოქმედება იზრდება ფოტოკურენტული. როდესაც APD საპირისპირო მიკერძოებულ რეჟიმშია, დაქვეითების ფენაში ელექტრული ველი ძალიან ძლიერი იქნება, ხოლო შუქის მიერ წარმოქმნილი ფოტოგენერირებული მატარებლები სწრაფად განცალკევებით და სწრაფად დრიფტს ელექტრო ველის მოქმედების ქვეშ. არსებობს ალბათობა, რომ ელექტრონები ამ პროცესის განმავლობაში შეიტანენ ცხრილს, რამაც გამოიწვია ელექტროენერგიის ელექტრონები იონიზირებული. ეს პროცესი მეორდება, ხოლო იონიზებული იონები ცხრილში ასევე ეჯახება ლაქს, რამაც გამოიწვია APD– ში დატენვის მატარებლების რაოდენობა, რის შედეგადაც დიდი დენი. ეს უნიკალური ფიზიკური მექანიზმია APD– ს შიგნით, რომ APD– ზე დაფუძნებულ დეტექტორებს ზოგადად აქვთ სწრაფი რეაგირების სიჩქარის, დიდი მიმდინარე მნიშვნელობის მომატება და მაღალი მგრძნობელობის მახასიათებლები. PN Junction- სა და Pin Junction- სთან შედარებით, APD- ს აქვს უფრო სწრაფი რეაგირების სიჩქარე, რაც ყველაზე სწრაფი რეაგირების სიჩქარეა მიმდინარე ფოტომენსირიან მილებს შორის.

(5) Schottky Junction Photodetector
Schottky Junction Photodetector– ის ძირითადი სტრუქტურა არის შოტკის დიოდი, რომლის ელექტრული მახასიათებლები მსგავსია ზემოთ აღწერილი PN კავშირის მსგავსი, და მას აქვს ცალმხრივი გამტარობა პოზიტიური გამტარობით და საპირისპირო შემცირებით. როდესაც მაღალი სამუშაო ფუნქციის მქონე ლითონი და დაბალი სამუშაო ფუნქციის მქონე ნახევარგამტარული კონტაქტი, იქმნება შოტკის ბარიერი, ხოლო შედეგად მიღებული კავშირი არის შოტკის კავშირი. ძირითადი მექანიზმი გარკვეულწილად წააგავს PN– ს კავშირს, მაგალითად, N- ტიპის ნახევარგამტარების მიღებას, როდესაც ორი მასალა კონტაქტს ქმნის, ორი მასალის სხვადასხვა ელექტრონის კონცენტრაციის გამო, ნახევარგამტარული ელექტრონები ლითონის მხარეს დიფუზია. დიფუზიური ელექტრონები მუდმივად გროვდება ლითონის ერთ ბოლოში, რითაც ანადგურებს ლითონის ორიგინალურ ელექტრულ ნეიტრალიტეტს, ქმნის ჩაშენებულ ელექტრო ველს ნახევარგამტარიდან ნახევარგამტარიდან ლითონისკენ კონტაქტურ ზედაპირზე, ხოლო ელექტრონები დრიფტს გადააქვთ შიდა ელექტრული ველის მოქმედებით, ხოლო გადამზიდავი დიფუზია და დრიფტის მოძრაობის შემდეგ, დინამიური ხმის მიცემის შემდეგ, დინამიური ხმის მიცემის შემდეგ. შუქის პირობებში, ბარიერი რეგიონი პირდაპირ შთანთქავს შუქს და წარმოქმნის ელექტრონულ ხვრელის წყვილებს, ხოლო PN- ის შემაერთებელ ფოტოგენერირებულ მატარებლებს უნდა გაიარონ დიფუზიის რეგიონში, რათა მიაღწიონ კავშირის რეგიონს. PN- ის შეერთებასთან შედარებით, Schottky- ის კავშირზე დაფუძნებულ ფოტოდეტექტორს აქვს უფრო სწრაფი რეაგირების სიჩქარე, ხოლო რეაგირების სიჩქარე შეიძლება მიაღწიოს NS დონეს.