Ֆոտոդետեկտորի սարքի կառուցվածքի տեսակը

Տեսակըֆոտոդետեկտոր սարքկառուցվածքը
ՖոտոդետեկտորՍարք է, որը օպտիկական ազդանշանը վերածում է էլեկտրական ազդանշանի, դրա կառուցվածքն ու բազմազանությունը հիմնականում կարելի է բաժանել հետևյալ կատեգորիաների.
(1) Ֆոտոհաղորդիչ ֆոտոդետեկտոր
Երբ ֆոտոհաղորդիչ սարքերը ենթարկվում են լույսի, ֆոտոգեներացված կրիչը մեծացնում է դրանց հաղորդունակությունը և նվազեցնում դիմադրությունը: Սենյակային ջերմաստիճանում գրգռված կրիչները էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ շարժվում են ուղղորդված կերպով՝ այդպիսով առաջացնելով հոսանք։ Լույսի պայմաններում էլեկտրոնները գրգռվում են և տեղի է ունենում անցում։ Միևնույն ժամանակ, նրանք շարժվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ՝ ձևավորելով ֆոտոհոսանք։ Ստացված ֆոտոգեներացված կրիչները մեծացնում են սարքի հաղորդունակությունը և դրանով իսկ նվազեցնում դիմադրությունը: Ֆոտոհաղորդիչ ֆոտոդետեկտորները սովորաբար ցույց են տալիս բարձր շահույթ և կատարողականության մեծ արձագանք, բայց նրանք չեն կարող արձագանքել բարձր հաճախականության օպտիկական ազդանշաններին, ուստի արձագանքման արագությունը դանդաղ է, ինչը սահմանափակում է ֆոտոհաղորդիչ սարքերի կիրառումը որոշ առումներով:

(2)PN ֆոտոդետեկտոր
PN ֆոտոդետեկտորը ձևավորվում է P տիպի կիսահաղորդչային նյութի և N տիպի կիսահաղորդչային նյութի միջև շփման արդյունքում: Նախքան կոնտակտի ձևավորումը, երկու նյութերը գտնվում են առանձին վիճակում: P- տիպի կիսահաղորդիչներում Ֆերմիի մակարդակը մոտ է վալենտական ​​գոտու եզրին, մինչդեռ N- տիպի կիսահաղորդիչների Ֆերմի մակարդակը մոտ է հաղորդման գոտու եզրին: Միևնույն ժամանակ, N- տիպի նյութի Ֆերմի մակարդակը հաղորդման գոտու եզրին շարունակաբար տեղափոխվում է դեպի ներքև, մինչև երկու նյութերի Ֆերմի մակարդակը նույն դիրքում լինի: Հաղորդման գոտու և վալենտական ​​գոտու դիրքի փոփոխությունն ուղեկցվում է նաև ժապավենի թեքումով։ PN հանգույցը գտնվում է հավասարակշռության մեջ և ունի միատեսակ Ֆերմի մակարդակ: Լիցքակիրների վերլուծության տեսանկյունից՝ P-տիպի նյութերում լիցքակիրների մեծ մասը անցքեր են, մինչդեռ N տիպի նյութերում լիցքակիրների մեծ մասը էլեկտրոններ են։ Երբ երկու նյութերը շփվում են, կրիչի կոնցենտրացիայի տարբերության պատճառով, N-տիպի նյութերի էլեկտրոնները կցրվեն P-տիպի, մինչդեռ N- տիպի նյութերի էլեկտրոնները կցրվեն անցքերի հակառակ ուղղությամբ: Էլեկտրոնների և անցքերի դիֆուզիայից մնացած չփոխհատուցվող տարածքը կձևավորի ներկառուցված էլեկտրական դաշտ, իսկ ներկառուցված էլեկտրական դաշտը կնկատի կրիչի շեղում, իսկ դրեյֆի ուղղությունը ճիշտ հակառակ է դիֆուզիայի ուղղությանը, ինչը նշանակում է, որ Ներկառուցված էլեկտրական դաշտի ձևավորումը կանխում է կրիչների տարածումը, և PN հանգույցի ներսում կան և՛ դիֆուզիոն, և՛ շեղումներ, մինչև երկու տեսակի շարժումները հավասարակշռվեն, այնպես որ ստատիկ կրիչի հոսքը զրոյական է: Ներքին դինամիկ հավասարակշռություն.
Երբ PN հանգույցը ենթարկվում է լույսի ճառագայթման, ֆոտոնի էներգիան փոխանցվում է կրիչին, և առաջանում է ֆոտոգեներացված կրիչը, այսինքն՝ ֆոտոգեներացված էլեկտրոն-անցք զույգը։ Էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ էլեկտրոնը և անցքը տեղափոխվում են համապատասխանաբար N շրջան և P շրջան, իսկ ֆոտոգեներացված կրիչի ուղղորդված շեղումը առաջացնում է ֆոտոհոսանք: Սա PN հանգույցի ֆոտոդետեկտորի հիմնական սկզբունքն է:

(3)PIN ֆոտոդետեկտոր
Pin ֆոտոդիոդը P տիպի նյութ է և N տիպի նյութ I շերտի միջև, նյութի I շերտը ընդհանուր առմամբ ներքին կամ ցածր դոպինգ նյութ է: Նրա աշխատանքային մեխանիզմը նման է PN հանգույցին, երբ PIN հանգույցը ենթարկվում է լույսի ճառագայթման, ֆոտոնը էներգիա է փոխանցում էլեկտրոնին՝ առաջացնելով ֆոտոգեներացված լիցքի կրիչներ, իսկ ներքին էլեկտրական դաշտը կամ արտաքին էլեկտրական դաշտը կբաժանեն ֆոտոգեներացված էլեկտրոնային անցքը։ զույգերը քայքայվող շերտում, և շեղված լիցքի կրիչները հոսանք կստեղծեն արտաքին շղթայում: I շերտի դերն այն է, որ ընդլայնվի քայքայվող շերտի լայնությունը, և I շերտը ամբողջությամբ կդառնա քայքայման շերտ մեծ կողմնակալության լարման տակ, և առաջացած էլեկտրոն-անցք զույգերն արագորեն կբաժանվեն, հետևաբար, արձագանքման արագությունը: PIN միացման ֆոտոդետեկտորը սովորաբար ավելի արագ է, քան PN հանգույցի դետեկտորը: I շերտից դուրս գտնվող կրիչները նույնպես հավաքվում են քայքայման շերտի կողմից դիֆուզիոն շարժման միջոցով՝ ձևավորելով դիֆուզիոն հոսանք։ I շերտի հաստությունը ընդհանուր առմամբ շատ բարակ է, և դրա նպատակն է բարելավել դետեկտորի արձագանքման արագությունը:

(4)APD ֆոտոդետեկտորավալանշ ֆոտոդիոդ
Մեխանիզմըավալանշ ֆոտոդիոդնման է PN հանգույցին: APD ֆոտոդետեկտորն օգտագործում է խիստ դոպինգավորված PN հանգույց, APD հայտնաբերման վրա հիմնված գործառնական լարումը մեծ է, և երբ մեծ հակադարձ կողմնակալություն է ավելացվում, APD-ի ներսում տեղի կունենան բախման իոնացում և ավալանշի բազմապատկում, և դետեկտորի արդյունավետությունը կավելանա ֆոտոհոսանքի: Երբ APD-ն հակառակ կողմնակալության ռեժիմում է, էլեկտրական դաշտը քայքայման շերտում շատ ուժեղ կլինի, և լույսի կողմից առաջացած ֆոտոգեներացված կրիչները արագորեն կբաժանվեն և արագ կշեղվեն էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Հավանականություն կա, որ այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնները կբախվեն ցանցի մեջ, ինչը կհանգեցնի ցանցի էլեկտրոնների իոնացմանը: Այս գործընթացը կրկնվում է, և ցանցի իոնացված իոնները նույնպես բախվում են ցանցին, ինչի հետևանքով APD-ում լիցքակիրների թիվը մեծանում է, ինչի արդյունքում մեծ հոսանք է առաջանում: APD-ի ներսում այս եզակի ֆիզիկական մեխանիզմն է, որ APD-ի վրա հիմնված դետեկտորները սովորաբար ունեն արագ արձագանքման արագության, մեծ ընթացիկ արժեքի և բարձր զգայունության բնութագրեր: PN հանգույցի և PIN հանգույցի համեմատ, APD-ն ունի ավելի արագ արձագանքման արագություն, որն ամենաարագ արձագանքման արագությունն է ներկայիս ֆոտոզգայուն խողովակների միջև:

(5) Schottky հանգույցի ֆոտոդետեկտոր
Schottky հանգույցի ֆոտոդետեկտորի հիմնական կառուցվածքը Schottky դիոդն է, որի էլեկտրական բնութագրերը նման են վերը նկարագրված PN հանգույցին և ունի միակողմանի հաղորդունակություն՝ դրական հաղորդմամբ և հակադարձ անջատումով: Երբ բարձր աշխատանքային ֆունկցիա ունեցող մետաղը և ցածր աշխատանքային ֆունկցիա ունեցող կիսահաղորդիչը կոնտակտ են ստեղծում, ձևավորվում է Շոտկիի պատնեշ, և արդյունքում առաջացող հանգույցը Շոտկի հանգույց է: Հիմնական մեխանիզմը ինչ-որ չափով նման է PN միացմանը՝ որպես օրինակ վերցնելով N տիպի կիսահաղորդիչները, երբ երկու նյութերի հետ շփում են առաջանում, երկու նյութերի էլեկտրոնների տարբեր կոնցենտրացիաների պատճառով, կիսահաղորդչի էլեկտրոնները կցրվեն դեպի մետաղական կողմը: Ցրված էլեկտրոնները անընդհատ կուտակվում են մետաղի մի ծայրում, այդպիսով ոչնչացնելով մետաղի սկզբնական էլեկտրական չեզոքությունը՝ ձևավորելով ներկառուցված էլեկտրական դաշտ կիսահաղորդչից դեպի մետաղ կոնտակտային մակերևույթի վրա, և էլեկտրոնները կշարժվեն մետաղի ազդեցության տակ։ ներքին էլեկտրական դաշտը, և կրիչի դիֆուզիոն և դրեյֆ շարժումը կիրականացվեն միաժամանակ, որոշ ժամանակ անց դինամիկ հավասարակշռության հասնելու և վերջապես Շոտկի հանգույցը ձևավորելու համար: Լույսի պայմաններում պատնեշի շրջանն ուղղակիորեն կլանում է լույսը և առաջացնում է էլեկտրոն-անցք զույգեր, մինչդեռ PN հանգույցի ներսում ֆոտոգեներացված կրիչները պետք է անցնեն դիֆուզիոն շրջանով, որպեսզի հասնեն միացման շրջան: PN հանգույցի համեմատ՝ Schottky հանգույցի վրա հիմնված ֆոտոդետեկտորն ունի ավելի արագ արձագանքման արագություն, և արձագանքման արագությունը կարող է նույնիսկ հասնել ns մակարդակի: