ფოტოდეტექტორის მოწყობილობის სტრუქტურის ტიპი

ტიპიფოტოდეტექტორი მოწყობილობასტრუქტურა
ფოტოდეტექტორიარის მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ოპტიკურ სიგნალს ელექტრო სიგნალად, მისი სტრუქტურა და მრავალფეროვნება, ძირითადად შეიძლება დაიყოს შემდეგ კატეგორიებად:
(1) ფოტოგამტარი ფოტოდეტექტორი
როდესაც ფოტოგამტარი მოწყობილობები ექვემდებარება შუქს, ფოტოგენერირებული მატარებელი ზრდის მათ გამტარობას და ამცირებს მათ წინააღმდეგობას. ოთახის ტემპერატურაზე აღგზნებული მატარებლები მიმართულებით მოძრაობენ ელექტრული ველის მოქმედებით, რითაც წარმოქმნიან დენს. სინათლის პირობებში ელექტრონები აღგზნებულია და ხდება გადასვლა. ამავე დროს, ისინი დრეიფობენ ელექტრული ველის მოქმედებით და ქმნიან ფოტოდინებას. შედეგად მიღებული ფოტოგენერირებული მატარებლები ზრდის მოწყობილობის გამტარობას და ამით ამცირებს წინააღმდეგობას. ფოტოგამტარი ფოტოდეტექტორები, როგორც წესი, აჩვენებენ მაღალ მომატებას და დიდ რეაგირებას შესრულებაში, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ რეაგირება მაღალი სიხშირის ოპტიკურ სიგნალებზე, ამიტომ რეაგირების სიჩქარე ნელია, რაც ზღუდავს ფოტოგამტარ მოწყობილობების გამოყენებას ზოგიერთ ასპექტში.

(2)PN ფოტოდეტექტორი
PN ფოტოდეტექტორი წარმოიქმნება P-ტიპის ნახევარგამტარულ მასალასა და N-ტიპის ნახევარგამტარ მასალას შორის კონტაქტით. კონტაქტის ჩამოყალიბებამდე ორი მასალა ცალკე მდგომარეობაშია. P-ტიპის ნახევარგამტარებში ფერმის დონე ახლოს არის ვალენტობის ზოლის კიდესთან, ხოლო N ტიპის ნახევარგამტარებში ფერმის დონე ახლოს არის გამტარობის ზოლის კიდესთან. ამავდროულად, N- ტიპის მასალის ფერმის დონე გამტარებლობის ზოლის კიდეზე განუწყვეტლივ იწევს ქვევით, სანამ ორი მასალის ფერმის დონე ერთსა და იმავე მდგომარეობაში არ არის. გამტარი ზოლისა და სავალენტო ზოლის პოზიციის ცვლილებას ასევე ახლავს ზოლის მოხრა. PN შეერთება წონასწორობაშია და აქვს ფერმის ერთიანი დონე. მუხტის მატარებლის ანალიზის ასპექტიდან, P- ტიპის მასალებში მუხტის მატარებლების უმეტესობა არის ხვრელები, ხოლო N- ტიპის მასალებში მუხტის მატარებლების უმეტესობა ელექტრონებია. როდესაც ორი მასალა კონტაქტშია, მატარებლის კონცენტრაციის სხვაობის გამო, N- ტიპის მასალებში ელექტრონები გავრცელდებიან P-ტიპზე, ხოლო N- ტიპის მასალებში ელექტრონები ხვრელების საპირისპირო მიმართულებით. ელექტრონებისა და ხვრელების დიფუზიის შედეგად დატოვებული არაკომპენსირებული ფართობი წარმოქმნის ჩაშენებულ ელექტრულ ველს, ხოლო ჩაშენებული ელექტრული ველი იქნება მატარებლის დრიფტის ტენდენცია, ხოლო დრიფტის მიმართულება არის დიფუზიის მიმართულების საპირისპირო, რაც ნიშნავს, რომ ჩაშენებული ელექტრული ველის ფორმირება ხელს უშლის მატარებლების დიფუზიას და არსებობს დიფუზია და დრიფტი PN შეერთების შიგნით, სანამ ორი სახის მოძრაობა არ დაბალანსდება, ისე რომ სტატიკური მატარებლის ნაკადი ნულის ტოლია. შიდა დინამიური ბალანსი.
როდესაც PN შეერთება ექვემდებარება სინათლის გამოსხივებას, ფოტონის ენერგია გადადის მატარებელზე და წარმოიქმნება ფოტოგენერირებული გადამზიდავი, ანუ ფოტოგენერირებული ელექტრონი-ხვრელის წყვილი. ელექტრული ველის მოქმედებით, ელექტრონი და ხვრელი მიედინება N რეგიონში და P რეგიონში, ხოლო ფოტოგენერირებული მატარებლის მიმართულების დრიფტი წარმოქმნის ფოტოდინებას. ეს არის PN შეერთების ფოტოდეტექტორის ძირითადი პრინციპი.

(3)PIN ფოტოდეტექტორი
პინის ფოტოდიოდი არის P-ტიპის მასალა და N-ტიპის მასალა I ფენას შორის, მასალის I ფენა ზოგადად არის შინაგანი ან დაბალი დოპინგის მასალა. მისი მუშაობის მექანიზმი მსგავსია PN შეერთების, როდესაც PIN შეერთება ექვემდებარება სინათლის გამოსხივებას, ფოტონი გადასცემს ენერგიას ელექტრონს, წარმოქმნის ფოტოგენერირებულ მუხტის მატარებლებს, ხოლო შიდა ელექტრული ველი ან გარე ელექტრული ველი გამოყოფს ფოტოგენერირებულ ელექტრონულ ხვრელს. წყვილები ამოწურვის ფენაში და დრიფტიანი მუხტის მატარებლები წარმოქმნიან დენს გარე წრეში. I ფენის როლი არის ამოწურვის ფენის სიგანის გაფართოება, ხოლო I ფენა მთლიანად გახდება ამოწურვის ფენა დიდი მიკერძოებული ძაბვის ქვეშ და წარმოქმნილი ელექტრონ-ხვრელების წყვილი სწრაფად გამოიყოფა, ასე რომ, რეაგირების სიჩქარე PIN შეერთების ფოტოდეტექტორი ზოგადად უფრო სწრაფია, ვიდრე PN შეერთების დეტექტორი. I ფენის გარეთ მყოფი მატარებლები ასევე გროვდება დაქვეითების ფენის მიერ დიფუზიური მოძრაობით, რაც ქმნის დიფუზიურ დენს. I ფენის სისქე ზოგადად ძალიან თხელია და მისი დანიშნულებაა დეტექტორის რეაგირების სიჩქარის გაუმჯობესება.

(4)APD ფოტოდეტექტორიზვავის ფოტოდიოდი
მექანიზმიზვავის ფოტოდიოდიმსგავსია PN შეერთების. APD ფოტოდეტექტორი იყენებს ძლიერად დოპირებული PN შეერთებას, ოპერაციული ძაბვა, რომელიც დაფუძნებულია APD-ზე დაფუძნებული, დიდია და როდესაც დიდი საპირისპირო მიკერძოება დაემატება, შეჯახების იონიზაცია და ზვავის გამრავლება მოხდება APD-ში, ხოლო დეტექტორის მოქმედება გაზრდილია ფოტოდინებით. როდესაც APD არის საპირისპირო მიკერძოების რეჟიმში, ელექტრული ველი ამოწურვის ფენაში იქნება ძალიან ძლიერი და სინათლის მიერ წარმოქმნილი ფოტოგენერირებული მატარებლები სწრაფად გამოიყოფა და სწრაფად გადაინაცვლებს ელექტრული ველის მოქმედების ქვეშ. არსებობს ალბათობა იმისა, რომ ამ პროცესის დროს ელექტრონები გისოსებს შეეჯახებიან, რის შედეგადაც ქსელში არსებული ელექტრონები იონიზდება. ეს პროცესი მეორდება და გისოსში არსებული იონიზებული იონები ასევე ეჯახება გისოსს, რის გამოც APD-ში მუხტის მატარებლების რაოდენობა იზრდება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დიდი დენი. ეს არის ეს უნიკალური ფიზიკური მექანიზმი APD-ის შიგნით, რომ APD-ზე დაფუძნებულ დეტექტორებს აქვთ ზოგადად სწრაფი რეაგირების სიჩქარის, დიდი დენის მნიშვნელობის მომატება და მაღალი მგრძნობელობის მახასიათებლები. PN შეერთებასთან და PIN შეერთებასთან შედარებით, APD-ს აქვს რეაგირების უფრო სწრაფი სიჩქარე, რაც არის ყველაზე სწრაფი რეაგირების სიჩქარე მიმდინარე ფოტომგრძნობიარე მილებს შორის.

(5) შოთკის შეერთების ფოტოდეტექტორი
Schottky შეერთების ფოტოდეტექტორის ძირითადი სტრუქტურა არის Schottky დიოდი, რომლის ელექტრული მახასიათებლები მსგავსია PN შეერთების ზემოთ აღწერილი მახასიათებლებისა და აქვს ცალმხრივი გამტარობა დადებითი გამტარობით და საპირისპირო გათიშვით. როდესაც მაღალი სამუშაო ფუნქციის მქონე ლითონი და დაბალი სამუშაო ფუნქციის მქონე ნახევარგამტარი ქმნიან კონტაქტს, წარმოიქმნება შოთკის ბარიერი და შედეგად მიღებული შეერთება არის შოთკის შეერთება. ძირითადი მექანიზმი გარკვეულწილად მსგავსია PN შეერთების, მაგალითად, N- ტიპის ნახევარგამტარები, როდესაც ორი მასალა ქმნის კონტაქტს, ორი მასალის ელექტრონების განსხვავებული კონცენტრაციის გამო, ნახევარგამტარში ელექტრონები გავრცელდება ლითონის მხარეს. დიფუზური ელექტრონები განუწყვეტლივ გროვდება ლითონის ერთ ბოლოში, რითაც ანადგურებს ლითონის თავდაპირველ ელექტრულ ნეიტრალიტეტს, ქმნიან ჩაშენებულ ელექტრულ ველს ნახევარგამტარიდან მეტალამდე კონტაქტურ ზედაპირზე და ელექტრონები გადაადგილდებიან ზემოქმედების ქვეშ. შიდა ელექტრული ველი და მატარებლის დიფუზია და დრიფტის მოძრაობა განხორციელდება ერთდროულად, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, რათა მიაღწიოს დინამიურ წონასწორობას და საბოლოოდ შექმნას შოთკის შეერთება. სინათლის პირობებში, ბარიერის რეგიონი პირდაპირ შთანთქავს სინათლეს და წარმოქმნის ელექტრონ-ხვრელების წყვილებს, ხოლო PN შეერთების შიგნით ფოტოგენერირებული მატარებლები უნდა გაიარონ დიფუზიის რეგიონში, რათა მიაღწიონ შეერთების რეგიონს. PN შეერთებასთან შედარებით, შოთკის კვანძზე დაფუძნებულ ფოტოდეტექტორს აქვს რეაგირების უფრო სწრაფი სიჩქარე და რეაგირების სიჩქარემ შეიძლება მიაღწიოს ns დონეს.