Kaliteaparèy fotodetektèestrikti
Fotodetektèse yon aparèy ki konvèti siyal optik an siyal elektrik, estrikti ak varyete li yo, kapab divize prensipalman an kategori sa yo:
(1) Fotodetektè fotokondiktè
Lè aparèy fotokondiktè yo ekspoze a limyè, kondiktè fotopwodui a ogmante konduktivite yo epi diminye rezistans yo. Kondiktè ki eksite nan tanperati chanm nan deplase nan yon fason direksyonèl anba aksyon yon chan elektrik, kidonk jenere yon kouran. Anba kondisyon limyè, elektwon yo eksite epi tranzisyon rive. An menm tan, yo derive anba aksyon yon chan elektrik pou fòme yon fotokouran. Kondiktè fotopwodui ki rezilta yo ogmante konduktivite aparèy la epi konsa diminye rezistans lan. Fotodetektè fotokondiktè yo anjeneral montre yon gwo gen ak yon gwo repons nan pèfòmans, men yo pa ka reponn a siyal optik frekans segondè, kidonk vitès repons lan ralanti, sa ki limite aplikasyon aparèy fotokondiktè yo nan kèk aspè.
(2)Fotodetektè PN
Fotodetektè PN fòme pa kontak ant materyèl semi-kondiktè tip P ak materyèl semi-kondiktè tip N. Anvan kontak la fòme, de materyèl yo nan yon eta separe. Nivo Fermi nan semi-kondiktè tip P a toupre kwen bann valans lan, alòske nivo Fermi nan semi-kondiktè tip N a toupre kwen bann kondiksyon an. An menm tan, nivo Fermi materyèl tip N a nan kwen bann kondiksyon an ap deplase kontinyèlman anba jiskaske nivo Fermi de materyèl yo nan menm pozisyon an. Chanjman pozisyon bann kondiksyon an ak bann valans lan akonpaye tou pa koube bann lan. Jonksyon PN a an ekilib epi li gen yon nivo Fermi inifòm. Nan aspè analiz transpòtè chaj la, pifò nan transpòtè chaj nan materyèl tip P yo se twou, alòske pifò nan transpòtè chaj nan materyèl tip N yo se elektwon. Lè de materyèl yo an kontak, akòz diferans nan konsantrasyon transpòtè, elektwon nan materyèl tip N yo ap difize nan tip P, alòske elektwon nan materyèl tip N yo ap difize nan direksyon opoze a twou yo. Zòn ki pa konpanse a ki rete akòz difizyon elektwon ak twou yo pral fòme yon chan elektrik entegre, epi chan elektrik entegre a pral gen yon tandans derive transpòtè elektrik la, epi direksyon derive a se jis opoze ak direksyon difizyon an, ki vle di ke fòmasyon chan elektrik entegre a anpeche difizyon transpòtè elektrik yo, epi gen tou de difizyon ak derive andedan jonksyon PN a jiskaske de kalite mouvman yo balanse, pou koule transpòtè elektrik estatik la vin zewo. Balans dinamik entèn.
Lè jonksyon PN a ekspoze a radyasyon limyè, enèji foton an transfere nan transpòtè a, epi transpòtè fotopwodui a, sa vle di, pè elektwon-twou fotopwodui a, pwodui. Anba aksyon chan elektrik la, elektwon an ak twou a derive nan rejyon N ak rejyon P respektivman, epi derive direksyonèl transpòtè fotopwodui a jenere fotokouran. Sa a se prensip debaz fotodetektè jonksyon PN lan.
(3)Fotodetektè PIN
Fotodyòd PIN lan se yon materyèl tip P ak yon materyèl tip N ant kouch I a. Kouch I materyèl la jeneralman se yon materyèl intrinsèque oubyen ki gen yon dopan ki ba. Mekanis fonksyònman li sanble ak jonksyon PN lan. Lè jonksyon PIN lan ekspoze a radyasyon limyè, foton an transfere enèji bay elektwon an, sa ki jenere transpòtè chaj fotopwodui, epi chan elektrik entèn lan oubyen chan elektrik ekstèn lan ap separe pè elektwon-twou fotopwodui yo nan kouch rediksyon an, epi transpòtè chaj ki derive yo ap fòme yon kouran nan sikwi ekstèn lan. Wòl kouch I a jwe se pou elaji lajè kouch rediksyon an, epi kouch I a ap konplètman vin kouch rediksyon an anba yon gwo vòltaj polarizasyon, epi pè elektwon-twou ki pwodui yo ap separe rapidman, kidonk vitès repons fotodetektè jonksyon PIN lan jeneralman pi rapid pase detektè jonksyon PN lan. Transpòtè ki deyò kouch I a yo kolekte tou pa kouch rediksyon an atravè mouvman difizyon, sa ki fòme yon kouran difizyon. Epesè kouch I a jeneralman trè mens, epi objektif li se amelyore vitès repons detektè a.
(4)Fotodetektè APDfotodyòd avalanch
Mekanis nanfotodyòd avalanchLi sanble ak jonksyon PN lan. Fotodetektè APD a itilize yon jonksyon PN ki gen anpil dopaj. Vòltaj fonksyònman ki baze sou deteksyon APD a wo, epi lè yo ajoute yon gwo polarizasyon envès, iyonizasyon kolizyon ak miltiplikasyon avalanch ap fèt andedan APD a, epi pèfòmans detektè a ogmante nan fotokouran. Lè APD a nan mòd polarizasyon envès, chan elektrik ki nan kouch rediksyon an ap trè fò, epi transpòtè chaj ki pwodui pa limyè a ap separe byen vit epi derive byen vit anba aksyon chan elektrik la. Gen yon pwobablite pou elektwon yo frape rezo a pandan pwosesis sa a, sa ki lakòz elektwon yo nan rezo a iyonize. Pwosesis sa a repete, epi iyon iyonize yo nan rezo a fè kolizyon tou ak rezo a, sa ki lakòz kantite transpòtè chaj nan APD a ogmante, sa ki lakòz yon gwo kouran. Se mekanis fizik inik sa a andedan APD a ki fè detektè ki baze sou APD yo jeneralman gen karakteristik vitès repons rapid, gwo genyen valè kouran ak gwo sansiblite. Konpare ak jonksyon PN ak jonksyon PIN, APD gen yon vitès repons pi rapid, ki se vitès repons ki pi rapid pami tib fotosansib aktyèl yo.
(5) Fotodetektè jonksyon Schottky
Estrikti debaz fotodetektè jonksyon Schottky a se yon dyòd Schottky, ki gen karakteristik elektrik ki sanble ak sa yo ki nan jonksyon PN ki dekri anwo a, epi li gen konduktivite unidireksyonèl ak kondiksyon pozitif ak koupe ranvèse. Lè yon metal ki gen yon fonksyon travay ki wo ak yon semi-kondiktè ki gen yon fonksyon travay ki ba fòme kontak, yon baryè Schottky fòme, epi jonksyon ki rezilta a se yon jonksyon Schottky. Mekanis prensipal la sanble yon ti jan ak jonksyon PN a, si nou pran semi-kondiktè tip N kòm egzanp, lè de materyèl fòme kontak, akòz diferan konsantrasyon elektwon de materyèl yo, elektwon ki nan semi-kondiktè a pral difize sou bò metal la. Elektwon difize yo akimile kontinyèlman nan yon bout metal la, kidonk detwi netralite elektrik orijinal metal la, fòme yon chan elektrik entegre soti nan semi-kondiktè a rive nan metal la sou sifas kontak la, epi elektwon yo pral derive anba aksyon chan elektrik entèn lan, epi mouvman difizyon ak derive transpòtè a pral fèt an menm tan, apre yon peryòd tan pou rive nan ekilib dinamik, epi finalman fòme yon jonksyon Schottky. Anba kondisyon limyè, rejyon baryè a absòbe limyè dirèkteman epi li jenere pè elektwon-twou, alòske transpòtè fotopwodui yo andedan jonksyon PN lan bezwen pase nan rejyon difizyon an pou rive nan rejyon jonksyon an. Konpare ak jonksyon PN, fotodetektè ki baze sou jonksyon Schottky a gen yon vitès repons ki pi rapid, epi vitès repons lan ka menm rive nan nivo ns.
Dat piblikasyon: 13 Out 2024