Төрөлфото илрүүлэгч төхөөрөмжбүтэц
Фото илрүүлэгчнь оптик дохиог цахилгаан дохио болгон хувиргадаг төхөөрөмж бөгөөд түүний бүтэц, олон янз байдлыг голчлон дараах ангилалд хувааж болно.
(1) Фото дамжуулагч фотодетектор
Гэрэл дамжуулагч төхөөрөмжүүд гэрэлд өртөхөд гэрэл үүсгэсэн зөөгч нь дамжуулах чадвараа нэмэгдүүлж, эсэргүүцлийг бууруулдаг. Өрөөний температурт өдөөгдсөн зөөгч төхөөрөмжүүд нь цахилгаан орны нөлөөгөөр чиглэлтэй хөдөлж, улмаар гүйдэл үүсгэдэг. Гэрлийн нөхцөлд электронууд өдөөгдөж, шилжилт явагддаг. Үүний зэрэгцээ тэд цахилгаан орны нөлөөгөөр фото гүйдэл үүсгэхийн тулд зөөгддөг. Үүссэн фото үүсгэсэн зөөгч төхөөрөмжүүд нь төхөөрөмжийн дамжуулах чадварыг нэмэгдүүлж, улмаар эсэргүүцлийг бууруулдаг. Гэрэл дамжуулагч фотодетекторууд нь ихэвчлэн өндөр ашиг, гүйцэтгэлийн хувьд маш сайн хариу үйлдэл үзүүлдэг боловч өндөр давтамжийн оптик дохионд хариу үйлдэл үзүүлж чаддаггүй тул хариу үйлдэл үзүүлэх хурд удаан байдаг нь зарим талаараа гэрэл дамжуулагч төхөөрөмжийн хэрэглээг хязгаарладаг.
(2)PN фотодетектор
PN фотодетектор нь P хэлбэрийн хагас дамжуулагч материал ба N хэлбэрийн хагас дамжуулагч материалын хоорондох холбоогоор үүсдэг. Холбоо үүсэхээс өмнө хоёр материал тусдаа төлөвт байдаг. P хэлбэрийн хагас дамжуулагч дахь Ферми түвшин валентийн зурвасын ирмэгт ойрхон байдаг бол N хэлбэрийн хагас дамжуулагч дахь Ферми түвшин дамжуулах зурвасын ирмэгт ойрхон байдаг. Үүний зэрэгцээ дамжуулах зурвасын ирмэг дээрх N хэлбэрийн материалын Ферми түвшин хоёр материалын Ферми түвшин ижил байрлалд орох хүртэл тасралтгүй доош шилждэг. Дамжуулах зурвас ба валентийн зурвасын байрлал өөрчлөгдөхөд зурвасын нугалалт дагалддаг. PN уулзвар нь тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд жигд Ферми түвшинтэй байдаг. Цэнэг тээгч шинжилгээний талаас нь авч үзвэл P хэлбэрийн материалын цэнэг тээгчдийн ихэнх нь нүх байдаг бол N хэлбэрийн материалын цэнэг тээгчдийн ихэнх нь электрон юм. Хоёр материал холбоо барих үед зөөгч концентрацийн зөрүүгээс болж N хэлбэрийн материалын электронууд P хэлбэрийн рүү тархдаг бол N хэлбэрийн материалын электронууд нүхний эсрэг чиглэлд тархдаг. Электрон ба нүхний диффузийн үр дүнд үүссэн нөхөн олгоогүй талбай нь дотор цахилгаан орон үүсгэх бөгөөд дотор цахилгаан орон нь зөөгчийн шилжилтийг чиглүүлэх бөгөөд шилжилтийн чиглэл нь диффузийн чиглэлийн эсрэг байна гэсэн үг бөгөөд энэ нь дотор цахилгаан орон үүсэх нь зөөгчийн тархалтыг саатуулж, PN уулзвар дотор хоёр төрлийн хөдөлгөөн тэнцвэржих хүртэл диффуз ба шилжилт хоёулаа байдаг тул статик зөөгчийн урсгал тэг болно. Дотоод динамик тэнцвэр.
PN уулзвар гэрлийн цацрагт өртөхөд фотоны энерги зөөгч рүү шилжиж, фото үүсгэсэн зөөгч буюу фото үүсгэсэн электрон нүхний хос үүснэ. Цахилгаан орны үйлчлэлээр электрон ба нүх тус тус N бүс ба P бүс рүү шилжиж, фото үүсгэсэн зөөгчийн чиглэлийн шилжилт нь фото гүйдэл үүсгэдэг. Энэ бол PN уулзвар фотодетекторын үндсэн зарчим юм.
(3)ПИН фото илрүүлэгч
Пин фотодиод нь I давхаргын хоорондох P төрлийн материал ба N төрлийн материал бөгөөд материалын I давхарга нь ерөнхийдөө дотоод буюу бага хольцтой материал юм. Үүний ажиллах механизм нь PN уулзвартай төстэй бөгөөд PIN уулзвар нь гэрлийн цацрагт өртөхөд фотон нь электрон руу энерги дамжуулж, фото үүсгэсэн цэнэг зөөгч үүсгэдэг бөгөөд дотоод цахилгаан орон эсвэл гадаад цахилгаан орон нь хомсдолын давхарга дахь фото үүсгэсэн электрон нүхний хосуудыг салгаж, зөрсөн цэнэг зөөгч нь гадаад хэлхээнд гүйдэл үүсгэдэг. I давхаргын үүрэг нь хомсдолын давхаргын өргөнийг тэлэх бөгөөд I давхарга нь том хэвийсэн хүчдэлийн дор бүрэн хомсдолын давхарга болж, үүссэн электрон нүхний хосууд хурдан салдаг тул PIN уулзварын фотодетекторын хариу урвалын хурд нь ерөнхийдөө PN уулзварын детектороос хурдан байдаг. I давхаргын гаднах зөөгчдийг мөн хомсдолын давхарга нь диффузийн хөдөлгөөнөөр цуглуулж, диффузийн гүйдэл үүсгэдэг. I давхаргын зузаан нь ерөнхийдөө маш нимгэн бөгөөд түүний зорилго нь детекторын хариу урвалын хурдыг сайжруулах явдал юм.
(4)APD фотодетекторцасан нурангийн фотодиод
Механизм ньцасан нурангийн фотодиодPN уулзвартай төстэй. APD фотодетектор нь их хэмжээний хольцтой PN уулзварыг ашигладаг бөгөөд APD илрүүлэлт дээр суурилсан ажиллах хүчдэл нь их байдаг бөгөөд их хэмжээний урвуу хазайлт нэмэгдэхэд APD дотор мөргөлдөөний ионжилт болон нуранги үржих үйл явц явагдах бөгөөд детекторын гүйцэтгэл нь фото гүйдлийн өсөлттэй байдаг. APD нь урвуу хазайлтын горимд байх үед хомсдолын давхарга дахь цахилгаан орон маш хүчтэй байх бөгөөд гэрлээр үүссэн фото үүсгэгч тээвэрлэгчид цахилгаан орны үйлчлэлээр хурдан салж, хурдан зөрнө. Энэ процессын явцад электронууд тор руу мөргөлдөж, тор дахь электронууд ионжих магадлалтай. Энэ процесс давтагддаг бөгөөд тор дахь ионжуулсан ионууд нь тортой мөргөлдөж, APD дахь цэнэг зөөгчдийн тоо нэмэгдэж, улмаар их хэмжээний гүйдэл үүсгэдэг. APD доторх энэхүү өвөрмөц физик механизм нь APD дээр суурилсан детекторууд нь ерөнхийдөө хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хурд, их хэмжээний гүйдлийн утга олшруулалт, өндөр мэдрэмжийн шинж чанартай байдаг. PN уулзвар болон PIN уулзвартай харьцуулахад APD нь илүү хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хурдтай бөгөөд энэ нь одоогийн гэрэл мэдрэмтгий хоолойнуудын дунд хамгийн хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хурд юм.
(5) Шоттки уулзварын фотодетектор
Шотткийн уулзварын фотодетекторын үндсэн бүтэц нь Шотткийн диод бөгөөд түүний цахилгаан шинж чанар нь дээр дурдсан PN уулзварынхтай төстэй бөгөөд эерэг дамжуулалт ба урвуу таслалттай нэг чиглэлт дамжуулах чадвартай. Ажлын өндөр функцтэй металл ба ажлын бага функцтэй хагас дамжуулагч холбоо үүсгэх үед Шотткийн хаалт үүсч, үүссэн холболт нь Шотткийн уулзвар юм. Үндсэн механизм нь PN уулзвартай нэлээд төстэй бөгөөд жишээ болгон N хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг авч үзвэл хоёр материал холбоо үүсгэх үед хоёр материалын электроны концентраци өөр өөр байдаг тул хагас дамжуулагч дахь электронууд металлын тал руу тархах болно. Тархсан электронууд металлын нэг үзүүрт тасралтгүй хуримтлагдаж, металлын анхны цахилгаан саармаг байдлыг алдагдуулж, хагас дамжуулагчаас металл руу холбоо барих гадаргуу дээр суурилуулсан цахилгаан орон үүсгэж, электронууд дотоод цахилгаан орны нөлөөн дор зөрөх бөгөөд тээвэрлэгчийн диффузи ба зөрөх хөдөлгөөн нь нэгэн зэрэг явагдаж, динамик тэнцвэрт байдалд хүрч, эцэст нь Шотткийн уулзвар үүснэ. Гэрлийн нөхцөлд саадны бүс нь гэрлийг шууд шингээж, электрон нүхний хос үүсгэдэг бол PN уулзвар доторх фото үүсгэсэн тээвэрлэгчид уулзвар хэсэгт хүрэхийн тулд диффузийн бүсээр дамжин өнгөрөх шаардлагатай болдог. PN уулзвартай харьцуулахад Шоттки уулзвар дээр суурилсан фотодетектор нь илүү хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг бөгөөд хариу үйлдэл үзүүлэх хурд нь ns түвшинд ч хүрч чаддаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 8-р сарын 13