Навъи сохтори дастгоҳи фотодетектор

Навъидастгоҳи фотодетекторсохтор
Фотодетектордастгоҳест, ки сигнали оптикиро ба сигнали барқӣ табдил медиҳад, сохтор ва гуногунии онро асосан ба категорияҳои зерин тақсим кардан мумкин аст:
(1) Фотодетектори фотогузаронанда
Ҳангоми ба рӯшноӣ дучор шудан ба дастгоҳҳои фотоэлектронӣ интиқолдиҳандаи фотогенератсия гузариши онҳоро зиёд ва муқовимати онҳоро коҳиш медиҳад. Интиќолдињандањое, ки дар њарорати хона ба њаяљон омадаанд, дар зери таъсири майдони электрї ба таври самтнок њаракат мекунанд ва бо њамин љараёнро тавлид мекунанд. Дар шароити рӯшноӣ электронҳо ба ҳаяҷон меоянд ва гузариш ба амал меояд. Дар айни замон онхо дар зери таъсири майдони электрики харакат карда, фоточархи ба вучуд оваранд. Дар натиҷа интиқолдиҳандагони фотогенератсионӣ гузариши дастгоҳро зиёд мекунанд ва ба ин васила муқовиматро коҳиш медиҳанд. Фотодетекторҳои фотокондуктӣ одатан фоидаи баланд ва посухгӯии бузургро дар иҷроиш нишон медиҳанд, аммо онҳо ба сигналҳои оптикии басомади баланд ҷавоб дода наметавонанд, аз ин рӯ суръати вокуниш суст аст, ки дар баъзе ҷанбаҳо истифодаи дастгоҳҳои фотокондуктивиро маҳдуд мекунад.

(2)Фотодетектори PN
Фотодетектори PN тавассути тамос байни маводи нимноқилҳои навъи P ва маводи нимноқилҳои навъи N ба вуҷуд меояд. Пеш аз ташкили тамос, ду мавод дар ҳолати алоҳида қарор доранд. Сатҳи Ферми дар нимноқилҳои навъи P ба канори банди валентӣ наздик аст, дар ҳоле ки сатҳи Ферми дар нимноқилҳои навъи N ба канори банди ноқилӣ наздик аст. Дар айни замон, сатхи ферми маводи навъи N дар канори банди гузаронанда пайваста ба поин мегузарад, то даме ки сатхи Ферми ду мавод дар як холат карор гирад. Тағйирёбии мавқеъи банди ноқилӣ ва банди валентӣ низ бо хамшавии банд ҳамроҳ мешавад. Пайванди PN дар мувозинат қарор дорад ва сатҳи якхелаи Ферми дорад. Аз ҷиҳати таҳлили интиқолдиҳандаҳои заряд, аксари интиқолдиҳандагони заряд дар маводи навъи P сӯрохҳо мебошанд, дар ҳоле ки аксари интиқолдиҳандагони заряд дар маводи навъи N электронҳо мебошанд. Вақте ки ду мавод дар тамос ҳастанд, аз сабаби фарқияти консентратсияи интиқолдиҳанда, электронҳо дар маводи навъи N ба намуди P паҳн мешаванд, дар ҳоле ки электронҳо дар маводи навъи N дар самти муқобил ба сӯрохиҳо паҳн мешаванд. Майдони ҷуброннашудае, ки дар натиҷаи паҳншавии электронҳо ва сӯрохиҳо боқӣ мондааст, майдони барқии дарунсохтро ташкил медиҳад ва майдони барқии дарунсохт ба дрейфти интиқолдиҳанда тамоюли хоҳад дошт ва самти дрейф танҳо ба самти диффузия муқобил аст, ки ин маънои онро дорад, ки ташаккули майдони барқии дарунсохт паҳншавии интиқолдиҳандаҳоро пешгирӣ мекунад ва дар дохили узвҳои PN то он даме, ки ду намуди ҳаракат мутавозин карда шавад, ҳам диффузия ва ҳам дрейф вуҷуд дорад, то ҷараёни интиқолдиҳандаи статикӣ сифр шавад. Тавозуни динамикии дохилӣ.
Дар ваќти таъсири радиатсияи рўшної ба пайванди PN, энергияи фотон ба наќлкунанда мегузарад ва барандаи фотогенератсияшуда, яъне љуфти фотогенератсияшудаи электрон-суроњињо њосил мешавад. Дар зери таъсири майдони электрики электрон ва сурохихо мутаносибан ба минтакаи N ва минтакаи Р харакат мекунанд ва резиши самти барандаи фотогенерацияшуда фоточархи хосил мекунад. Ин принсипи асосии фотодетектори PN junction мебошад.

(3)Фотодетектори PIN
Пин фотодиод як маводи навъи P ва маводи навъи N байни қабати I мебошад, қабати I мавод умуман маводи дохилӣ ё пасти допинг мебошад. Механизми кори он ба пайванди PN монанд аст, вақте ки пайванди PIN ба радиатсияи рӯшноӣ дучор мешавад, фотон энергияро ба электрон интиқол медиҳад, интиқолдиҳандаҳои заряди фотогенератсияшударо тавлид мекунад ва майдони электрикии дохилӣ ё майдони электрикии беруна сӯрохи электронии фотогенерашударо ҷудо мекунад. ҷуфтҳо дар қабати тамомшавӣ ва интиқолдиҳандагони зарядҳои дрейфшуда дар занҷири беруна ҷараёнро ташкил медиҳанд. Нақши қабати I аз он иборат аст, ки паҳнои қабати тамомшавӣ васеъ карда шавад ва қабати I дар зери шиддати бузурги ғаразнок ба қабати тамомшавӣ табдил меёбад ва ҷуфтҳои сӯрохиҳои электронии тавлидшуда зуд ҷудо мешаванд, аз ин рӯ суръати вокуниши Фотодетектори пайвасти PIN одатан нисбат ба детектори пайвасти PN тезтар аст. Интиқолдиҳандагони берун аз қабати I низ аз ҷониби қабати тамомшавӣ тавассути ҳаракати диффузия ҷамъ шуда, ҷараёни диффузияро ташкил медиҳанд. Ғафсии қабати I умуман хеле тунук аст ва ҳадафи он беҳтар кардани суръати ҷавоби детектор мебошад.

(4)Фотодетектори APDфотодиоди тарма
Механизмифотодиоди тармаба пайванди PN монанд аст. Фотодетектори APD гузариши шадиди PN-ро истифода мебарад, шиддати корӣ дар асоси муайянкунии APD калон аст ва вақте ки як ғарази калони баръакс илова карда мешавад, дар дохили APD ионизатсияи бархӯрд ва паҳншавии тарма ба амал меояд ва кори детектор фотоҷараёни зиёд мешавад. Вақте ки APD дар реҷаи баръакс қарор дорад, майдони барқ ​​​​дар қабати камшавӣ хеле қавӣ хоҳад буд ва интиқолдиҳандагони фотогенератсионӣ, ки аз рӯшноӣ тавлид мешаванд, зуд аз ҳам ҷудо мешаванд ва дар зери таъсири майдони электрикӣ зуд ҳаракат мекунанд. Эҳтимолияти он вуҷуд дорад, ки электронҳо дар ин раванд ба торча бархӯрда, боиси ионизатсия шудани электронҳо дар торча мешаванд. Ин раванд такрор мешавад ва ионҳои иононидашуда дар тор ҳам бо торча бархӯрда, боиси зиёд шудани шумораи интиқолдиҳандагони заряд дар АПД мегардад ва дар натиҷа ҷараёни калон ба амал меояд. Маҳз ин механизми беназири физикӣ дар дохили APD аст, ки детекторҳои APD ба таври умум хусусиятҳои суръати вокуниши зуд, афзоиши арзиши бузурги ҷорӣ ва ҳассосияти баланд доранд. Дар муқоиса бо пайванди PN ва гузариши PIN, APD суръати вокуниши тезтар дорад, ки суръати вокуниш дар байни қубурҳои ҳозираи ҳассос аст.

(5) Фотодетектори пайванди Шоттки
Сохтори асосии фотодетектори узвҳои Шоттки диодест, ки характеристикаҳои электрикии он ба гузариши ПН дар боло тавсифшуда шабоҳат дорад ва он дорои гузарониши якҷониба бо гузарониши мусбат ва буриши баръакс мебошад. Вақте ки металли дорои вазифаи баланди корӣ ва нимноқил бо функсияи пасти корӣ алоқа ба вуҷуд меорад, монеаи Шоттки ба вуҷуд меояд ва пайванди натиҷавӣ пайванди Шоттки мебошад. Механизми асосӣ то андозае ба пайванди PN шабоҳат дорад, ки нимноқилҳои навъи N-ро ҳамчун намуна мегирад, вақте ки ду мавод алоқаро ташкил медиҳанд, аз сабаби консентратсияи электронҳои гуногуни ду мавод, электронҳо дар нимноқил ба тарафи металл паҳн мешаванд. Электронҳои паҳншуда дар як канори металл пайваста ҷамъ мешаванд ва ҳамин тавр бетарафии аслии электрикии металлро вайрон карда, майдони электрикии дарунсохтро аз нимноқил ба металл дар сатҳи тамос ба вуҷуд меоранд ва электронҳо дар зери таъсири металл ҳаракат мекунанд. майдони электрикии дохилӣ ва ҳаракати диффузия ва дрейфи интиқолдиҳанда дар як вақт, пас аз муддати муайян барои расидан ба мувозинати динамикӣ анҷом дода мешавад ва дар ниҳоят як пайванди Шотткиро ташкил медиҳад. Дар шароити рӯшноӣ, минтақаи монеа рӯшноиро мустақиман ҷаббида мекунад ва ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро тавлид мекунад, дар ҳоле ки интиқолдиҳандагони фотогенератсионӣ дар дохили пайванди PN бояд аз минтақаи диффузия гузаранд, то ба минтақаи пайвастшавӣ бирасанд. Дар муқоиса бо гузариши PN, фотодетекторе, ки дар гузаргоҳи Шоттки асос ёфтааст, суръати вокуниши тезтар дорад ва суръати посух ҳатто метавонад ба сатҳи ns расад.