Навъидастгоҳи фотодетекторсохтор
Фотодетектордастгоҳест, ки сигнали оптикиро ба сигнали электрикӣ табдил медиҳад, сохтор ва гуногунии онро асосан ба категорияҳои зерин тақсим кардан мумкин аст:
(1) Фотодетектори фотонӯлӣ
Вақте ки дастгоҳҳои фотоноқилӣ ба рӯшноӣ дучор мешаванд, интиқолдиҳандаи фотогенератсияшуда гузаронандагии худро зиёд мекунад ва муқовимати онҳоро коҳиш медиҳад. Интиқолдиҳандаҳое, ки дар ҳарорати хонагӣ ба ҳаяҷон меоянд, таҳти таъсири майдони электрикӣ ба самти самт ҳаракат мекунанд ва бо ин васила ҷараён ба вуҷуд меоранд. Дар шароити рӯшноӣ, электронҳо ба ҳаяҷон меоянд ва гузариш ба амал меояд. Дар айни замон, онҳо таҳти таъсири майдони электрикӣ барои ташкил додани фотоҷараён ҳаракат мекунанд. Интиқолдиҳандаҳои фотогенератсияшуда гузаронандагии дастгоҳро зиёд мекунанд ва бо ин васила муқовиматро кам мекунанд. Фотодетекторҳои фотоноқилӣ одатан дар иҷрои кор фоидаи баланд ва вокуниши бузург нишон медиҳанд, аммо онҳо наметавонанд ба сигналҳои оптикии басомади баланд посух диҳанд, аз ин рӯ суръати посух суст аст, ки истифодаи дастгоҳҳои фотоноқилро дар баъзе ҷанбаҳо маҳдуд мекунад.
(2)Фотодетектори PN
Фотодетектори PN бо роҳи тамос байни маводи нимноқилии навъи P ва маводи нимноқилии навъи N ба вуҷуд меояд. Пеш аз пайдоиши тамос, ду мавод дар ҳолати алоҳида қарор доранд. Сатҳи Ферми дар нимноқилии навъи P ба канори банди валентӣ наздик аст, дар ҳоле ки сатҳи Ферми дар нимноқилии навъи N ба канори банди гузаронандагӣ наздик аст. Дар айни замон, сатҳи Фермии маводи навъи N дар канори банди гузаронандагӣ пайваста ба поён ҳаракат мекунад, то он даме ки сатҳи Фермии ду мавод дар як мавқеъ бошад. Тағйирёбии мавқеи банди гузаронандагӣ ва банди валентӣ низ бо хамшавии банди бадан ҳамроҳ мешавад. Пайванди PN дар ҳолати мувозинат қарор дорад ва сатҳи ягонаи Ферми дорад. Аз ҷиҳати таҳлили интиқолдиҳандаҳои заряд, аксари интиқолдиҳандаҳои заряд дар маводҳои навъи P сӯрохиҳо мебошанд, дар ҳоле ки аксари интиқолдиҳандаҳои заряд дар маводҳои навъи N электронҳо мебошанд. Вақте ки ду мавод дар тамос ҳастанд, аз сабаби фарқияти консентратсияи интиқолдиҳандаҳо, электронҳо дар маводҳои навъи N ба намуди P паҳн мешаванд, дар ҳоле ки электронҳо дар маводҳои навъи N дар самти муқобил ба сӯрохиҳо паҳн мешаванд. Минтақаи ҷуброннашудае, ки аз паҳншавии электронҳо ва сӯрохиҳо боқӣ мемонад, майдони электрикии дарунсохтро ташкил медиҳад ва майдони электрикии дарунсохт дрейфи интиқолдиҳандаро ба самти худ равона мекунад ва самти дрейф муқобили самти диффузия аст, ки маънои онро дорад, ки ташаккули майдони электрикии дарунсохт диффузияи интиқолдиҳандаҳоро пешгирӣ мекунад ва дар дохили пайванди PN ҳам диффузия ва ҳам дрейф вуҷуд дорад, то он даме ки ду намуди ҳаракат мутавозин шаванд, то ҷараёни интиқолдиҳандаи статикӣ сифр бошад. Мувозинати динамикии дохилӣ.
Вақте ки пайванди PN ба радиатсияи рӯшноӣ дучор мешавад, энергияи фотон ба интиқолдиҳанда интиқол дода мешавад ва интиқолдиҳандаи фотогенератсияшуда, яъне ҷуфти электрон-сӯрохиҳои фотогенератсияшуда, тавлид мешавад. Таҳти таъсири майдони электрикӣ, электрон ва сӯрохиҳо мутаносибан ба минтақаи N ва минтақаи P ҳаракат мекунанд ва ҳаракати самтии интиқолдиҳандаи фотогенератсияшуда фотоҷараёнро ба вуҷуд меорад. Ин принсипи асосии фотодетектори пайванди PN аст.
(3)Фотодетектори PIN
Фотодиоди пинӣ маводи навъи P ва маводи навъи N байни қабати I мебошад, қабати I-и мавод одатан маводи дохилӣ ё камдопингӣ мебошад. Механизми кори он ба пайванди PN монанд аст, вақте ки пайванди PIN ба радиатсияи рӯшноӣ дучор мешавад, фотон энергияро ба электрон интиқол медиҳад ва интиқолдиҳандаҳои заряди фотогенератсияшударо тавлид мекунад ва майдони электрикии дохилӣ ё майдони электрикии беруна ҷуфтҳои электронии сӯрохиҳои фотогенератсияшударо дар қабати камшавӣ ҷудо мекунад ва интиқолдиҳандаҳои заряди ҷаҳидашуда дар занҷири беруна ҷараён ташкил медиҳанд. Нақши қабати I васеъ кардани паҳнои қабати камшавӣ аст ва қабати I пурра ба қабати камшавӣ дар зери шиддати калон табдил меёбад ва ҷуфтҳои электронии сӯрохиҳои тавлидшуда зуд ҷудо мешаванд, аз ин рӯ суръати вокуниши фотодетектори пайванди PIN одатан нисбат ба детектори пайванди PN тезтар аст. Интиқолдиҳандагон дар беруни қабати I низ аз ҷониби қабати камшавӣ тавассути ҳаракати диффузия ҷамъ карда мешаванд ва ҷараёни диффузияро ташкил медиҳанд. Ғафсии қабати I одатан хеле тунук аст ва мақсади он беҳтар кардани суръати вокуниши детектор аст.
(4)Фотодетектори APDфотодиоди тарма
Механизмифотодиоди тармаба пайванди PN монанд аст. Фотодетектори APD пайванди PN-и хеле допингшударо истифода мебарад, шиддати корӣ, ки ба муайянкунии APD асос ёфтааст, калон аст ва вақте ки таассуроти калони баръакс илова карда мешавад, дар дохили APD ионизатсияи бархӯрд ва зарбшавии тарма ба амал меояд ва кори детектор фотоҷараёнро зиёд мекунад. Вақте ки APD дар ҳолати таассуроти баръакс қарор дорад, майдони электрикӣ дар қабати камшавӣ хеле қавӣ хоҳад буд ва интиқолдиҳандагони фотогенератсияшуда, ки аз нур тавлид мешаванд, зуд ҷудо мешаванд ва дар зери таъсири майдони электрикӣ зуд меғеланд. Эҳтимол дорад, ки электронҳо дар ин раванд ба шабака бархӯранд, ки боиси ионизатсияи электронҳо дар шабака мегардад. Ин раванд такрор мешавад ва ионҳои ионизатсияшуда дар шабака низ бо шабака бархӯрда, боиси афзоиши шумораи интиқолдиҳандагони заряд дар APD мешаванд, ки дар натиҷа ҷараёни калон ба вуҷуд меояд. Маҳз ҳамин механизми беназири физикӣ дар дохили APD аст, ки детекторҳои дар асоси APD асосёфта одатан хусусиятҳои суръати вокуниши зуд, афзоиши бузурги арзиши ҷараён ва ҳассосияти баландро доранд. Дар муқоиса бо пайванди PN ва пайванди PIN, APD суръати вокуниши тезтар дорад, ки суръати вокуниши зудтарин дар байни найчаҳои фотоҳассос мебошад.
(5) Фотодетектори пайванди Шоттки
Сохтори асосии фотодетектори пайванди Шоттки диоди Шоттки мебошад, ки хусусиятҳои электрикии он ба пайванди PN, ки дар боло тавсиф шудааст, монанд аст ва он дорои гузаронандагии яктарафа бо гузаронандагии мусбат ва буриши баръакс мебошад. Вақте ки металле бо функсияи кории баланд ва нимноқил бо функсияи кории паст тамос мегирад, монеаи Шоттки ба вуҷуд меояд ва пайванди ҳосилшуда пайванди Шоттки мебошад. Механизми асосӣ то андозае ба пайванди PN монанд аст, ки нимноқилҳои навъи N-ро ҳамчун мисол мегирем, вақте ки ду мавод тамос мегиранд, аз сабаби консентратсияи гуногуни электронҳои ду мавод, электронҳо дар нимноқил ба тарафи металл паҳн мешаванд. Электронҳои паҳншуда дар як нӯги металл пайваста ҷамъ мешаванд ва бо ин роҳ бетарафии аслии электрикии металлро вайрон мекунанд ва дар сатҳи тамос майдони электрикии дарунсохтро аз нимноқил ба металл ташкил медиҳанд ва электронҳо таҳти таъсири майдони электрикии дохилӣ ғелида мераванд ва ҳаракати паҳншавӣ ва ғелиши интиқолдиҳанда ҳамзамон, пас аз муддати муайян барои расидан ба мувозинати динамикӣ ва дар ниҳоят пайванди Шоттки анҷом дода мешавад. Дар шароити рӯшноӣ, минтақаи монеа мустақиман рӯшноиро фурӯ мебарад ва ҷуфтҳои электрон-сӯрохиро ба вуҷуд меорад, дар ҳоле ки интиқолдиҳандагони фотогенератсияшуда дар дохили пайванди PN бояд аз минтақаи диффузия гузаранд, то ба минтақаи пайванд бирасанд. Дар муқоиса бо пайванди PN, фотодетектори асоси пайванди Шоттки суръати вокуниши тезтар дорад ва суръати вокуниш ҳатто метавонад ба сатҳи ns расад.
Вақти нашр: 13 августи соли 2024