Фотодетекторын төхөөрөмжийн бүтцийн төрөл

Төрөлфото илрүүлэгч төхөөрөмжбүтэц
Фото илрүүлэгчЭнэ нь оптик дохиог цахилгаан дохио болгон хувиргадаг төхөөрөмж бөгөөд түүний бүтэц, төрөл зүйлээр үндсэндээ дараах ангилалд хуваагдана.
(1) Фото дамжуулагч фото илрүүлэгч
Фото дамжуулагч төхөөрөмжүүд гэрэлд өртөх үед фото үүсгэсэн зөөгч нь дамжуулах чанарыг нэмэгдүүлж, эсэргүүцлийг бууруулдаг. Өрөөний температурт өдөөгдсөн тээвэрлэгчид цахилгаан орны нөлөөн дор чиглэлтэй хөдөлж, улмаар гүйдэл үүсгэдэг. Гэрлийн нөхцөлд электронууд өдөөгдөж, шилжилт үүсдэг. Үүний зэрэгцээ тэд цахилгаан орны нөлөөн дор шилжиж, фото гүйдэл үүсгэдэг. Үүссэн фото үүсгэсэн зөөвөрлөгч нь төхөөрөмжийн дамжуулалтыг нэмэгдүүлж, улмаар эсэргүүцлийг бууруулдаг. Фото дамжуулагч фото илрүүлэгч нь ихэвчлэн өндөр ашиг тустай, гүйцэтгэлийн өндөр хариу үйлдэл үзүүлдэг боловч өндөр давтамжийн оптик дохионд хариу үйлдэл үзүүлэх боломжгүй тул хариу өгөх хурд удаан байдаг нь зарим талаараа фото дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн хэрэглээг хязгаарладаг.

(2)PN фото илрүүлэгч
PN фотодетектор нь P хэлбэрийн хагас дамжуулагч материал ба N хэлбэрийн хагас дамжуулагч материалын хоорондох холбоогоор үүсдэг. Холбоо барихаас өмнө хоёр материал нь тусдаа төлөвт байна. P хэлбэрийн хагас дамжуулагч дахь Ферми түвшин нь валентын зурвасын ирмэгт ойрхон байдаг бол N хэлбэрийн хагас дамжуулагч дахь Ферми түвшин нь дамжуулалтын зурвасын ирмэгтэй ойролцоо байна. Үүний зэрэгцээ дамжуулалтын зурвасын ирмэг дээрх N хэлбэрийн материалын Ферми түвшин нь хоёр материалын Ферми түвшин ижил байрлалд байх хүртэл тасралтгүй доошоо шилждэг. Дамжуулах зурвас ба валентын зурвасын байрлал өөрчлөгдөх нь туузны гулзайлтын хамт дагалддаг. PN уулзвар нь тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд жигд Ферми түвшинтэй байна. Цэнэг зөөгчийг шинжлэх талаас нь авч үзвэл, P хэлбэрийн материалын ихэнх цэнэг зөөгч нь нүх байдаг бол N төрлийн материалын ихэнх цэнэг зөөгч нь электрон байдаг. Хоёр материал харилцан үйлчлэх үед зөөвөрлөгчийн концентрацийн зөрүүгээс болж N төрлийн материал дахь электронууд P төрөлд тархах бол N төрлийн материалын электронууд нүх рүү эсрэг чиглэлд тархах болно. Электрон болон цоорхойнуудын тархалтаас үүссэн нөхөн олговоргүй хэсэг нь цахилгаан талбарыг үүсгэж, суурилуулсан цахилгаан орон нь зөөвөрлөгчийн шилжилтийг чиглүүлж, шилжилтийн чиглэл нь диффузийн чиглэлийн эсрэг байна гэсэн үг юм. баригдсан цахилгаан орон үүсэх нь тээвэрлэгчдийн тархалтаас сэргийлж, хоёр төрлийн хөдөлгөөн тэнцвэртэй болтол PN уулзвар дотор тархалт ба шилжилт хоёулаа явагддаг тул статик зөөвөрлөгчийн урсгал тэг болно. Дотоод динамик тэнцвэр.
PN уулзвар гэрлийн цацрагт өртөх үед фотоны энерги нь зөөгч рүү шилжиж, фото үүсгэсэн тээвэрлэгч, өөрөөр хэлбэл фото үүсгэсэн электрон нүхний хос үүсдэг. Цахилгаан талбайн үйлчлэлээр электрон ба нүх нь N муж ба P муж руу шилжиж, фото үүсгэсэн зөөвөрлөгчийн чиглэлийн шилжилт нь фото гүйдэл үүсгэдэг. Энэ бол PN уулзварын фотодетекторын үндсэн зарчим юм.

(3)PIN фото илрүүлэгч
Pin photodiode нь P төрлийн материал ба I давхаргын хоорондох N төрлийн материал бөгөөд материалын I давхарга нь ерөнхийдөө дотоод эсвэл бага допингийн материал юм. Түүний ажиллах механизм нь PN уулзвартай төстэй бөгөөд PIN уулзвар нь гэрлийн цацрагт өртөх үед фотон нь энергийг электрон руу шилжүүлж, фото үүсгэсэн цэнэгийн тээвэрлэгчийг үүсгэдэг бөгөөд дотоод цахилгаан орон эсвэл гадаад цахилгаан орон нь фото үүсгэсэн электрон нүхийг салгах болно. хомсдолын давхаргад хос болох ба зөрөх цэнэг зөөгч нь гадаад хэлхээнд гүйдэл үүсгэнэ. I давхаргын гүйцэтгэх үүрэг нь хомсдолын давхаргын өргөнийг өргөжүүлэх бөгөөд I давхарга нь том хэвийсэн хүчдэлийн дор бүрэн хомсдолын давхарга болж, үүссэн электрон нүхний хосууд хурдан салгагдах тул хариу урвалын хурд PIN уулзварын фотодетектор нь PN уулзвар илрүүлэгчээс илүү хурдан байдаг. I давхаргын гаднах тээвэрлэгчийг мөн диффузийн хөдөлгөөнөөр шавхалтын давхарга цуглуулж, диффузын гүйдэл үүсгэдэг. I давхаргын зузаан нь ерөнхийдөө маш нимгэн бөгөөд түүний зорилго нь детекторын хариу урвалын хурдыг сайжруулах явдал юм.

(4)APD фото илрүүлэгчнуранги фотодиод
-ийн механизмнуранги фотодиодPN уулзвартай төстэй. APD photodetector нь их хэмжээний хольцтой PN уулзвар ашигладаг, APD илрүүлэлт дээр суурилсан ажиллах хүчдэл их байх ба их хэмжээний урвуу хазайлтыг нэмбэл APD дотор мөргөлдөөний иончлол болон нуранги үржүүлэлт үүсэх ба детекторын гүйцэтгэл нь фото гүйдэл нэмэгддэг. APD нь урвуу хэвийсэн горимд байх үед хомсдолын давхарга дахь цахилгаан орон нь маш хүчтэй байх ба гэрлээр үүсгэгдсэн фото үүсгэсэн зөөгч нь хурдан салж, цахилгаан талбайн нөлөөн дор хурдан шилжинэ. Энэ процессын явцад электронууд торонд мөргөлдөж, торны электронууд иончлох магадлалтай. Энэ үйл явц давтагдах ба торны ионжсон ионууд мөн тортой мөргөлдөж, APD дахь цэнэг тээгчдийн тоо нэмэгдэж, улмаар их хэмжээний гүйдэл үүсдэг. APD-д суурилсан детекторууд нь ерөнхийдөө хурдан хариу өгөх хурд, их хэмжээний гүйдлийн утгын өсөлт, өндөр мэдрэмжтэй байдаг нь APD доторх энэхүү өвөрмөц физик механизм юм. PN уулзвар ба PIN уулзвартай харьцуулахад APD нь илүү хурдан хариу өгөх хурдтай бөгөөд энэ нь одоогийн гэрэл мэдрэмтгий хоолойнуудын дунд хамгийн хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хурд юм.

(5) Schottky уулзварын фотодетектор
Schottky уулзварын фотодетекторын үндсэн бүтэц нь Schottky диод бөгөөд цахилгаан шинж чанар нь дээр дурдсан PN уулзвартай төстэй бөгөөд эерэг дамжуулалт, урвуу таслагдах нэг чиглэлтэй дамжуулалттай байдаг. Ажлын өндөр функцтэй метал ба бага ажлын функцтэй хагас дамжуулагчтай холбоо барихад Шотткигийн хаалт үүсэх ба үүссэн уулзвар нь Шотткийн уулзвар болно. Үндсэн механизм нь PN уулзвартай зарим талаараа төстэй бөгөөд жишээ болгон N төрлийн хагас дамжуулагчийг авч үзвэл, хоёр материал холбоо барих үед хоёр материалын электроны өөр өөр концентрациас шалтгаалан хагас дамжуулагч дахь электронууд металл тал руу тархах болно. Сарнисан электронууд металлын нэг төгсгөлд тасралтгүй хуримтлагдаж, улмаар металлын анхны цахилгаан саармаг байдлыг устгаж, контактын гадаргуу дээр хагас дамжуулагчаас метал руу цахилгаан орон бий болгох ба электронууд нь металлын нөлөөн дор шилжинэ. дотоод цахилгаан талбар ба зөөгчийн тархалт ба шилжилт хөдөлгөөн нь динамик тэнцвэрт хүрэхийн тулд тодорхой хугацааны дараа нэгэн зэрэг хийгдэж, эцэст нь Шотткийн уулзвар үүсгэнэ. Гэрлийн нөхцөлд саад тотгорын бүс нь гэрлийг шууд шингээж, электрон нүхний хос үүсгэдэг бол PN уулзвар доторх фото үүсгэсэн тээвэрлэгчид уулзварын бүсэд хүрэхийн тулд тархалтын бүсийг дайран өнгөрөх шаардлагатай. PN уулзвартай харьцуулахад Schottky уулзвар дээр суурилсан фотодетектор нь илүү хурдан хариу өгөх хурдтай бөгөөд хариу өгөх хурд нь ns түвшинд хүртэл хүрч чаддаг.