Ֆոտոդետեկտորի սարքի կառուցվածքի տեսակը

Տեսակըլուսադետեկտորային սարքկառուցվածք
ԼուսադետեկտորՍարք, որը օպտիկական ազդանշանը վերածում է էլեկտրական ազդանշանի, որի կառուցվածքն ու բազմազանությունը կարելի է բաժանել հետևյալ կատեգորիաների՝
(1) Լուսահաղորդիչ լուսադետեկտոր
Երբ լուսահաղորդիչ սարքերը ենթարկվում են լույսի ազդեցությանը, լուսահաղորդիչ կրիչը մեծացնում է դրանց հաղորդականությունը և նվազեցնում դիմադրությունը: Սենյակային ջերմաստիճանում գրգռված կրիչները շարժվում են ուղղորդված եղանակով՝ էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ, այդպիսով առաջացնելով հոսանք: Լույսի պայմաններում էլեկտրոնները գրգռվում են, և տեղի է ունենում անցում: Միաժամանակ, դրանք էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ տեղաշարժվում են՝ առաջացնելով լուսահոսք: Արդյունքում ստացված լուսահաղորդիչները մեծացնում են սարքի հաղորդականությունը և այդպիսով նվազեցնում դիմադրությունը: Լուսահաղորդիչ լուսադետեկտորները սովորաբար ցուցաբերում են բարձր ուժեղացում և մեծ արձագանքողականություն աշխատանքի մեջ, բայց դրանք չեն կարող արձագանքել բարձր հաճախականության օպտիկական ազդանշաններին, ուստի արձագանքման արագությունը դանդաղ է, ինչը որոշ առումներով սահմանափակում է լուսահաղորդիչ սարքերի կիրառումը:

(2)PN լուսադետեկտոր
PN լուսադետեկտորը ձևավորվում է P և N տիպի կիսահաղորդչային նյութերի շփման միջոցով։ Մինչ շփման առաջացումը, երկու նյութերը գտնվում են առանձին վիճակում։ P տիպի կիսահաղորդչում Ֆերմիի մակարդակը մոտ է վալենտային գոտու եզրին, մինչդեռ N տիպի կիսահաղորդչում Ֆերմիի մակարդակը մոտ է հաղորդչական գոտու եզրին։ Միևնույն ժամանակ, N տիպի նյութի Ֆերմիի մակարդակը հաղորդչական գոտու եզրին անընդհատ տեղաշարժվում է դեպի ներքև, մինչև երկու նյութերի Ֆերմիի մակարդակը նույն դիրքում լինի։ Հաղորդչական և վալենտային գոտիների դիրքի փոփոխությունը նույնպես ուղեկցվում է գոտու ծռմամբ։ PN միացումը հավասարակշռության մեջ է և ունի միատարր Ֆերմիի մակարդակ։ Լիցքակիրների վերլուծության տեսանկյունից, P տիպի նյութերում լիցքակիրների մեծ մասը անցքեր են, մինչդեռ N տիպի նյութերում լիցքակիրների մեծ մասը էլեկտրոններ են։ Երբ երկու նյութերը շփման մեջ են, կրիչների կոնցենտրացիայի տարբերության պատճառով, N տիպի նյութերում էլեկտրոնները կդիֆուզվեն դեպի P տիպի, մինչդեռ N տիպի նյութերում էլեկտրոնները կդիֆուզվեն անցքերի հակառակ ուղղությամբ։ Էլեկտրոնների և անցքերի դիֆուզիայից մնացած չփոխհատուցված տարածքը կձևավորի ներկառուցված էլեկտրական դաշտ, և ներկառուցված էլեկտրական դաշտը կձգտի կրողների դրիֆտի, և դրիֆի ուղղությունը դիֆուզիայի ուղղությանը հակառակ է, ինչը նշանակում է, որ ներկառուցված էլեկտրական դաշտի ձևավորումը կանխում է կրողների դիֆուզիան, և PN միացման ներսում տեղի է ունենում և՛ դիֆուզիա, և՛ դրիֆտ, մինչև երկու տեսակի շարժումները հավասարակշռվեն, այնպես որ ստատիկ կրողների հոսքը զրո է։ Ներքին դինամիկ հավասարակշռություն։
Երբ PN միացումը ենթարկվում է լուսային ճառագայթման, ֆոտոնի էներգիան փոխանցվում է կրողին, և առաջանում է ֆոտոգեներացված կրողը, այսինքն՝ ֆոտոգեներացված էլեկտրոն-անցք զույգը: Էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ էլեկտրոնը և անցքը տեղաշարժվում են համապատասխանաբար դեպի N և P շրջաններ, և ֆոտոգեներացված կրողի ուղղորդված տեղաշարժը առաջացնում է ֆոտոհոսանք: Սա PN միացման ֆոտոդետեկտորի հիմնական սկզբունքն է:

(3)PIN լուսադետեկտոր
Pin ֆոտոդիոդը P-տիպի և N-տիպի նյութ է I շերտի միջև, նյութի I շերտը, ընդհանուր առմամբ, ներքին կամ ցածր դոպինգային նյութ է: Դրա աշխատանքային մեխանիզմը նման է PN միացմանը. երբ PIN միացումը ենթարկվում է լույսի ճառագայթման, ֆոտոնը էներգիա է փոխանցում էլեկտրոնին՝ առաջացնելով ֆոտոգեներացված լիցքակիրներ, և ներքին կամ արտաքին էլեկտրական դաշտը կբաժանի ֆոտոգեներացված էլեկտրոն-անցք զույգերը սպառման շերտում, և տեղաշարժված լիցքակիրները կառաջացնեն հոսանք արտաքին շղթայում: I շերտի դերը սպառման շերտի լայնությունը մեծացնելն է, և I շերտը մեծ շեղման լարման տակ ամբողջությամբ կդառնա սպառման շերտ, և առաջացած էլեկտրոն-անցք զույգերը արագ կբաժանվեն, ուստի PIN միացման ֆոտոդետեկտորի արձագանքման արագությունը, ընդհանուր առմամբ, ավելի արագ է, քան PN միացման դետեկտորինը: I շերտից դուրս գտնվող կրիչները նույնպես հավաքվում են սպառման շերտի կողմից դիֆուզիոն շարժման միջոցով՝ առաջացնելով դիֆուզիոն հոսանք: I շերտի հաստությունը, ընդհանուր առմամբ, շատ բարակ է, և դրա նպատակն է բարելավել դետեկտորի արձագանքման արագությունը:

(4)APD լուսադետեկտորձնահոսքի ֆոտոդիոդ
Մեխանիզմըձնահոսքի ֆոտոդիոդՆման է PN միացմանը: APD լուսադետեկտորը օգտագործում է ուժեղ լեգիրված PN միացում, APD հայտնաբերման վրա հիմնված աշխատանքային լարումը մեծ է, և երբ ավելացվում է մեծ հակադարձ շեղում, APD-ի ներսում տեղի կունենան բախման իոնացում և ձնահոսքի բազմապատկում, և դետեկտորի աշխատանքը կմեծանա լուսահոսանքի: Երբ APD-ն գտնվում է հակադարձ շեղման ռեժիմում, սպառման շերտի էլեկտրական դաշտը շատ ուժեղ կլինի, և լույսի կողմից առաջացած լուսաստեղծ կրիչները արագ կբաժանվեն և արագ կտարածվեն էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Կա հավանականություն, որ այս գործընթացի ընթացքում էլեկտրոնները կբախվեն ցանցի հետ, ինչը կհանգեցնի ցանցի էլեկտրոնների իոնացմանը: Այս գործընթացը կրկնվում է, և ցանցի իոնացված իոնները նույնպես բախվում են ցանցի հետ, ինչը կհանգեցնի APD-ում լիցքի կրողների թվի աճի, ինչը կհանգեցնի մեծ հոսանքի: Հենց APD-ի ներսում գտնվող այս եզակի ֆիզիկական մեխանիզմն է, որ APD-ի վրա հիմնված դետեկտորները սովորաբար ունեն արագ արձագանքման արագության, մեծ հոսանքի արժեքի աճի և բարձր զգայունության բնութագրեր: PN միացման և PIN միացման համեմատ, APD-ն ունի ավելի արագ արձագանքման արագություն, որը ներկայիս լուսազգայուն լամպերի մեջ ամենաարագ արձագանքման արագությունն է:

(5) Շոտկիի միացման լուսադետեկտոր
Շոտկիի միացման լուսադետեկտորի հիմնական կառուցվածքը Շոտկիի դիոդ է, որի էլեկտրական բնութագրերը նման են վերը նկարագրված PN միացման բնութագրերին, և այն ունի միակողմանի հաղորդունակություն՝ դրական հաղորդունակությամբ և հակադարձ կտրվածքով: Երբ բարձր աշխատանքային ֆունկցիայով մետաղը և ցածր աշխատանքային ֆունկցիայով կիսահաղորդիչը շփման մեջ են մտնում, առաջանում է Շոտկիի արգելք, և արդյունքում ստացված միացումը Շոտկիի միացում է: Հիմնական մեխանիզմը որոշ չափով նման է PN միացմանը՝ օրինակ վերցնելով N-տիպի կիսահաղորդիչները, երբ երկու նյութեր շփման մեջ են մտնում, երկու նյութերի տարբեր էլեկտրոնային կոնցենտրացիաների պատճառով կիսահաղորդչի էլեկտրոնները կդիֆուզվեն դեպի մետաղի կողմը: Դիֆուզված էլեկտրոնները անընդհատ կուտակվում են մետաղի մի ծայրում, այդպիսով խաթարելով մետաղի սկզբնական էլեկտրական չեզոքությունը, ձևավորելով ներկառուցված էլեկտրական դաշտ կիսահաղորդչից դեպի մետաղը շփման մակերեսին, և էլեկտրոնները կտարածվեն ներքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ, և կրիչի դիֆուզիան և դրեյֆտի շարժումը կիրականացվեն միաժամանակ, որոշ ժամանակ անց հասնելով դինամիկ հավասարակշռության, և վերջապես կձևավորեն Շոտկիի միացում: Լուսավորության պայմաններում արգելապատնեշային շրջանը անմիջապես կլանում է լույսը և առաջացնում էլեկտրոն-անցք զույգեր, մինչդեռ PN միացման ներսում ֆոտոգեներացված կրիչները պետք է անցնեն դիֆուզիոն շրջանով՝ միացման շրջանին հասնելու համար: PN միացման համեմատ, Շոտկիի միացման վրա հիմնված լուսադետեկտորն ունի ավելի արագ արձագանքման արագություն, և արձագանքման արագությունը կարող է հասնել նույնիսկ ns մակարդակի: