Fotodetektor enjamynyň gurluşynyň görnüşi

Görnüşifotodetektor enjamygurluş
Fotodetektoroptiki signaly elektrik signalyna öwürýän enjamdyr, onuň gurluşy we görnüşi esasan aşakdaky kategoriýalara bölünip bilner:
(1) Fotogeçiriji fotodetektor
Fotogeçiriji enjamlar ýagtylyga düşende, fotogenerasiýa edilen daşaýjy öz geçirijiligini ýokarlandyrýar we garşylygyny peseldýär. Otag temperaturasynda gyjyndyrylan daşaýjylar elektrik meýdanynyň täsiri astynda ugur boýunça hereket edýärler we şeýlelik bilen tok döredýärler. Yşyk şertlerinde elektronlar gyjyndyrylýar we geçiş bolýar. Şol bir wagtyň özünde, olar elektrik meýdanynyň täsiri astynda fototok emele getirmek üçin süýşýärler. Netijede dörän fotogenerasiýa edilen daşaýjylar enjamyň geçirijiligini ýokarlandyrýar we şeýlelik bilen garşylygy peseldýär. Fotogenerasiýa edilen fotodetektorlar adatça ýokary girdeji we işde uly jogap beriş görkezýärler, ýöne olar ýokary ýygylykly optiki signallara jogap berip bilmeýärler, şonuň üçin jogap beriş tizligi haýal, bu bolsa käbir taraplarda fotogenerasiýa enjamlarynyň ulanylyşyny çäklendirýär.

(2)PN fotodetektory
PN fotodetektory P-tipli ýarymgeçiriji material bilen N-tipli ýarymgeçiriji materialyň arasyndaky kontakt arkaly emele gelýär. Kontakt emele gelmezden öň, iki material aýry ýagdaýda bolýar. P-tipli ýarymgeçirijide Fermi derejesi walent zolagynyň gyrasyna golaý, N-tipli ýarymgeçirijide Fermi derejesi bolsa geçiriji zolagyň gyrasyna golaý. Şol bir wagtyň özünde, geçiriji zolagyň gyrasyndaky N-tipli materialyň Fermi derejesi iki materialyň Fermi derejesi bir ýerde bolýança yzygiderli aşak süýşýär. Geçiriji zolagyň we walent zolagynyň ýerleşýän ýeriniň üýtgemegi hem zolagyň egilmegi bilen birlikde bolýar. PN birikmesi deňagramlylykda we deň Fermi derejesine eýedir. Zarýad daşaýjylaryň analiziniň nukdaýnazaryndan, P-tipli materiallardaky zarýad daşaýjylaryň köpüsi deşiklerdir, N-tipli materiallardaky zarýad daşaýjylaryň köpüsi bolsa elektronlardyr. Iki material kontaktda bolanda, daşaýjylaryň konsentrasiýasynyň tapawudy sebäpli, N-tipli materiallardaky elektronlar P-tipine diffuziýa eder, N-tipli materiallardaky elektronlar bolsa deşiklere ters ugurda diffuziýa eder. Elektronlaryň we deşikleriň diffuziýasyndan galan kompensasiýa edilmedik meýdan içerki elektrik meýdanyny emele getirer we içerki elektrik meýdany daşaýjylaryň sürüşmegini gönükdirer we sürüşiň ugry diffuziýanyň ugruna tersdir, bu bolsa içerki elektrik meýdanynyň emele gelmeginiň daşaýjylaryň diffuziýasynyň öňüni alýandygyny we PN birikmesiniň içinde iki görnüşli hereket deňleşýänçä, statik daşaýjy akymy nola deňleşýänçä diffuziýa we sürüşiň dowam edýändigini aňladýar. Içki dinamiki deňagramlylyk.
PN birleşmesi ýagtylyk şöhlelenmesine sezewar edilende, fotonyň energiýasy daşaýjyya geçirilýär we fotogenerasiýa edilen daşaýjy, ýagny fotogenerasiýa edilen elektron-deşik jübüti emele gelýär. Elektrik meýdanynyň täsiri astynda elektron we deşik degişlilikde N sebitine we P sebitine süýşýär we fotogenerasiýa edilen daşaýjynyň ugur süýşmesi fototok döredýär. Bu PN birleşme fotodetektorynyň esasy prinsipidir.

(3)PIN fotodetektor
Pin fotodiody I gatlagyň arasyndaky P görnüşli we N görnüşli materialdyr, materialyň I gatlagy, adatça, içki ýa-da pes lehimli materialdyr. Onuň iş mehanizmi PN birleşmegine meňzeýär, PIN birleşigi ýagtylyk şöhlelenmesine sezewar edilende, foton energiýany elektrona geçirýär, fotogenerasiýa edilen zarýad daşaýjylaryny döredýär we içki elektrik meýdany ýa-da daşarky elektrik meýdany tükenme gatlagyndaky fotogenerasiýa edilen elektron-deşik jübütlerini bölýär we sürülen zarýad daşaýjylary daşarky zynjyrda tok emele getirýär. I gatlagyň oýnaýan roly tükenme gatlagynyň giňligini giňeltmekdir we I gatlak uly bir gyşarnyk naprýaženiýesi astynda doly tükenme gatlagyna öwrülýär we döredilen elektron-deşik jübütleri çalt bölünýär, şonuň üçin PIN birleşigi fotodetektorynyň jogap tizligi, adatça, PN birleşigi detektorynyňkydan has çalt bolýar. I gatlagyň daşyndaky daşaýjylar hem tükenme gatlagy tarapyndan diffuziýa hereketi arkaly ýygnalýar we diffuziýa togyny emele getirýär. I gatlagyň galyňlygy, adatça, örän inçe we onuň maksady detektoryň jogap tizligini ýokarlandyrmakdyr.

(4)APD fotodetektorygar uçguny fotodiody
Mehanizmigar uçguny fotodiodyPN geçişine meňzeş. APD fotodetektory köp lehimlenen PN geçişini ulanýar, APD deteksiýasyna esaslanýan iş naprýaženiýesi uly we uly ters gyşarnyk goşulanda, APD-niň içinde çaknyşyk ionlaşmasy we uçgun köpelmesi ýüze çykar we detektoryň işi fototoky artdyrýar. APD ters gyşarnyk režiminde bolanda, tükenme gatlagyndaky elektrik meýdany örän güýçli bolar we ýagtylyk tarapyndan döredilen fotogenerasiýa daşaýjylary elektrik meýdanynyň täsiri astynda çalt bölünip, çalt süýşer. Bu prosesde elektronlaryň torlara çarpmagy, tordaky elektronlaryň ionlaşmagyna sebäp bolmagynyň ähtimallygy bar. Bu proses gaýtalanýar we tordaky ionlaşdyrylan ionlar hem tor bilen çaknyşýar, bu bolsa APD-däki zarýad daşaýjylarynyň sanynyň artmagyna sebäp bolýar we netijede uly tok emele gelýär. APD-niň içinde hut şu özboluşly fiziki mehanizm APD-e esaslanýan detektorlaryň, adatça, çalt jogap tizligi, uly tok gymmatynyň gazanylmagy we ýokary duýgurlyk häsiýetlerine eýe bolmagydyr. PN geçişi we PIN geçişi bilen deňeşdirilende, APD has çalt jogap tizligine eýedir, bu bolsa häzirki fotosensitiw turbalaryň arasynda iň çalt jogap tizligidir.

(5) Şottki çatrygynyň fotodetektory
Şottki birleşme fotodetektorynyň esasy gurluşy Şottki diody bolup, onuň elektrik häsiýetnamalary ýokarda beýan edilen PN birleşmesiniň elektrik häsiýetnamalaryna meňzeş we oňyn geçirijilik we ters kesiş bilen bir ugurly geçirijilige eýedir. Ýokary iş funksiýasy bolan metal we pes iş funksiýasy bolan ýarymgeçiriji kontakt döredende, Şottki päsgelçiligi emele gelýär we netijede birleşme Şottki birleşmesidir. Esasy mehanizm PN birleşmesine birneme meňzeş, mysal hökmünde N-tipli ýarymgeçirijileri alyp, iki material kontakt döredende, iki materialyň dürli elektron konsentrasiýalary sebäpli, ýarymgeçirijidäki elektronlar metal tarapyna diffuziýa eder. Diffuziýa edilen elektronlar metalyň bir ujunda üznüksiz toplanýar, şeýlelik bilen metalyň asyl elektrik neýtrallygyny ýok edýär, kontakt ýüzünde ýarymgeçirijiden metala içerki elektrik meýdanyny emele getirýär we elektronlar içki elektrik meýdanynyň täsiri astynda süýşýär we daşaýjynyň diffuziýa we süýşme hereketi bir wagtda, belli bir wagtdan soň dinamiki deňagramlylyga ýetmek we ahyrsoňy Şottki birleşmesini emele getirmek üçin amala aşyrylar. Ýagtylyk şertlerinde, päsgelçilik sebiti ýagtylygy gönüden-göni özüne siňdirýär we elektron-deşik jübütlerini döredýär, şol bir wagtyň özünde PN birleşmesiniň içinde fotogenerasiýa edilen daşaýjylar birleşme sebitine ýetmek üçin diffuziýa sebitinden geçmeli bolýarlar. PN birleşmesi bilen deňeşdirilende, Şottki birleşmesine esaslanýan fotodetektor has çalt jogap tizligine eýedir we jogap tizligi hatda ns derejesine hem ýetip bilýär.