Motafotodetektagailu gailuaegitura
FotodetektagailuaSeinale optikoa seinale elektriko bihurtzen duen gailua da, bere egitura eta barietatea, nagusiki kategoria hauetan bana daiteke:
(1) Fotodetektagailu fotoeroalea
Gailu fotoeroaleak argiaren eraginpean daudenean, fotosortutako eramaileak eroankortasuna handitzen du eta erresistentzia gutxitzen du. Giro-tenperaturan kitzikaturiko eramaileak norabide-moduan mugitzen dira eremu elektriko baten eraginez, eta horrela korronte bat sortzen dute. Argiaren baldintzapean, elektroiak kitzikatu egiten dira eta trantsizioa gertatzen da. Aldi berean, eremu elektriko baten eraginez noraezean doaz fotokorronte bat sortuz. Ondorioz, fotosortutako eramaileek gailuaren eroankortasuna handitzen dute eta horrela erresistentzia murrizten dute. Fotodetektagailu fotoeroaleek normalean irabazi handia eta errendimenduan erantzun handia erakusten dute, baina ezin diete maiztasun handiko seinale optikoei erantzun, beraz, erantzun-abiadura motela da, eta horrek gailu fotoeroaleen aplikazioa mugatzen du zenbait alderditan.
(2)PN fotodetektagailua
PN fotodetektagailua P motako material erdieroalearen eta N motako material erdieroalearen arteko kontaktuan sortzen da. Kontaktua sortu aurretik, bi materialak egoera bereizi batean daude. P motako erdieroalean Fermi maila balentzia-bandaren ertzetik hurbil dago, eta N motako erdieroalean Fermi maila eroale-bandaren ertzetik hurbil dago. Aldi berean, eroapen-bandaren ertzean dagoen N motako materialaren Fermi maila etengabe beherantz mugitzen da bi materialen Fermi maila posizio berean egon arte. Eroapen-bandaren eta balentzia-bandaren posizioaren aldaketak bandaren tolesturarekin ere badakartza. PN bilgunea orekan dago eta Fermi maila uniformea du. Karga-eramaileen analisiaren aldetik, P motako materialen karga-eramaile gehienak zuloak dira, eta N motako materialen karga-eramaile gehienak elektroiak dira. Bi materialak kontaktuan daudenean, eramaile-kontzentrazio desberdina dela eta, N motako materialen elektroiak P motara hedatuko dira, eta N motako materialen elektroiak zuloen kontrako norabidean hedatuko dira. Elektroien eta zuloen difusioak utzitako konpentsatu gabeko eremuak eremu elektriko integratua osatuko du, eta eremu elektriko integratuak eramailearen noraezaren joera izango du, eta noraezaren norabidea difusioaren norabidearen aurkakoa da, hau da, integratutako eremu elektrikoaren eraketak eramaileen hedapena eragozten du, eta PN lotunearen barruan difusioa eta noraeza daude bi mugimendu motak orekatu arte, eramaile-fluxu estatikoa zero izan dadin. Barne oreka dinamikoa.
PN juntura argi-erradiaziora jasaten denean, fotoiaren energia eramaileari transferitzen zaio, eta fotosortutako eramailea, hau da, fotoiaren bidez sortutako elektroi-zulo bikotea sortzen da. Eremu elektrikoaren eraginez, elektroia eta zuloa N eskualdera eta P eskualdera noraezean doaz hurrenez hurren, eta fotosortutako eramailearen noranzkoak fotokorrontea sortzen du. Hau da PN junction fotodetektagailuaren oinarrizko printzipioa.
(3)PIN fotodetektagailua
Pin fotodiodoa I geruzaren arteko P motako materiala eta N motako materiala da, materialaren I geruza, oro har, berezko edo doping baxuko materiala da. Bere funtzionamendu-mekanismoa PN lotunearen antzekoa da, PIN lotunea argi-erradiaziora jasaten denean, fotoiak elektroiari energia transferitzen dio, fotosortutako karga-eramaileak sortuz, eta barne eremu elektrikoak edo kanpoko eremu elektrikoak fotosortutako elektroi-zuloa bereiziko du. agortze-geruzan bikoteak, eta deribaturiko karga-eramaileek korronte bat osatuko dute kanpoko zirkuituan. I geruzak betetzen duen eginkizuna agortze-geruzaren zabalera zabaltzea da, eta I geruza guztiz agortze-geruza bihurtuko da polarizazio-tentsio handi baten azpian, eta sortutako elektroi-zulo bikoteak azkar bananduko dira, beraz, erantzun-abiadura. PIN junction fotodetektagailua, oro har, PN junction detektagailua baino azkarragoa da. I geruzatik kanpoko eramaileak ere agortze-geruzak biltzen ditu difusio-higiduraren bidez, difusio-korronte bat osatuz. I geruzaren lodiera, oro har, oso mehea da, eta bere helburua detektagailuaren erantzun-abiadura hobetzea da.
(4)APD fotodetektagailuaelur-jausi fotodiodoa
-ren mekanismoaelur-jausi fotodiodoaPN lotunearen antzekoa da. APD fotodetektagailuak PN juntura dopatua erabiltzen du, APD detekzioan oinarritutako funtzionamendu-tentsioa handia da eta alderantzizko polarizazio handia gehitzen denean, talka ionizazioa eta elur-jausi biderkatzea gertatuko da APD barruan, eta detektagailuaren errendimendua handitu egiten da. APD alderantzizko alborapen moduan dagoenean, agortze-geruzan eremu elektrikoa oso indartsua izango da, eta argiak sortutako eramaile fotogeneratuak azkar banandu eta azkar noraezean joango dira eremu elektrikoaren eraginez. Prozesu honetan zehar elektroiak sarean talka egiteko probabilitatea dago, sareko elektroiak ionizatzea eraginez. Prozesu hau errepikatzen da, eta sareko ioi ionizatuek ere sarearekin talka egiten dute, eta, ondorioz, APDko karga-eramaile kopurua handitu egiten da, korronte handia sortuz. APDren barneko mekanismo fisiko berezi hori da, APDn oinarritutako detektagailuek, oro har, erantzun azkarreko abiadura, korronte balio handiko irabazia eta sentikortasun handiko ezaugarriak dituztela. PN lotunearekin eta PIN lotunearekin alderatuta, APD-k erantzun-abiadura azkarragoa du, hau da, egungo hodi fotosentikorren artean erantzun-abiadurarik azkarrena.
(5) Schottky bidegurutze fotodetektagailua
Schottky lotunearen fotodetektagailuaren oinarrizko egitura Schottky diodoa da, bere ezaugarri elektrikoak goian deskribatutako PN lotunearen antzekoak dira, eta norabide bakarreko eroankortasuna du, eroankortasun positiboarekin eta alderantzizko mozketarekin. Lan-funtzio handiko metal batek eta lan-funtzio baxuko erdieroale batek kontaktua osatzen dutenean, Schottky-ko hesi bat sortzen da, eta ondoriozko elkargunea Schottky-ko elkargunea da. Mekanismo nagusia PN junturaren antzekoa da, N motako erdieroaleak adibidetzat hartuta, bi materialek kontaktua sortzen dutenean, bi materialen elektroi-kontzentrazio desberdinak direla eta, erdieroalean dauden elektroiak metalaren alde hedatuko dira. Elektroi hedatuak etengabe metatzen dira metalaren mutur batean, eta, horrela, metalaren jatorrizko neutraltasun elektrikoa suntsitzen dute, erdieroaletik metalera ukipen gainazalean eremu elektriko integratua osatuz, eta elektroiak noraezean joango dira. barne-eremu elektrikoa, eta eramailearen difusioa eta deriba-mugimendua aldi berean egingo dira, oreka dinamikoa lortzeko denbora-tarte baten ondoren, eta, azkenik, Schottky-ko elkargunea osatuko dute. Argi-baldintzetan, hesi-eskualdeak argia zuzenean xurgatzen du eta elektroi-zulo bikoteak sortzen ditu, PN lotunearen barnean sortutako eramaileek, berriz, difusio-eskualdetik igaro behar dute lotune-eskualdera iristeko. PN lotunearekin alderatuta, Schottky lotunean oinarritutako fotodetektagailuak erantzun-abiadura azkarragoa du, eta erantzun abiadura ns mailara ere irits daiteke.
Argitalpenaren ordua: 2024-abuztuaren 13a