Motafotodetektagailu gailuaegitura
FotodetektagailuaSeinale optikoa seinale elektriko bihurtzen duen gailua da, bere egitura eta barietatea, batez ere kategoria hauetan bana daitezke:
(1) Fotoeroale fotodetektagailua
Fotoeroale gailuak argiaren eraginpean daudenean, fotosortutako eramaileak haien eroankortasuna handitzen du eta erresistentzia gutxitzen du. Giro-tenperaturan kitzikatutako eramaileak norabidez mugitzen dira eremu elektriko baten eraginpean, eta horrela korronte bat sortzen dute. Argi-baldintzetan, elektroiak kitzikatzen dira eta trantsizioa gertatzen da. Aldi berean, eremu elektriko baten eraginpean higitzen dira fotokorronte bat sortzeko. Sortzen diren fotosortutako eramaileek gailuaren eroankortasuna handitzen dute eta, beraz, erresistentzia murrizten dute. Fotoeroale fotodetektagailuek irabazi handia eta erantzun-gaitasun handia erakusten dute normalean, baina ezin diete maiztasun handiko seinale optikoei erantzun, beraz, erantzun-abiadura motela da, eta horrek fotoeroale gailuen aplikazioa mugatzen du alderdi batzuetan.
(2)PN fotodetektagailua
PN fotodetektagailua P motako erdieroale materialaren eta N motako erdieroale materialaren arteko kontaktuaren bidez sortzen da. Kontaktua sortu aurretik, bi materialak egoera bereizian daude. P motako erdieroalean Fermi maila balentzia bandaren ertzetik gertu dago, eta N motako erdieroalean, berriz, eroapen bandaren ertzetik gertu. Aldi berean, eroapen bandaren ertzean dagoen N motako materialaren Fermi maila etengabe behera mugitzen da, bi materialen Fermi maila posizio berean egon arte. Eroapen bandaren eta balentzia bandaren posizioaren aldaketa bandaren tolesturarekin batera gertatzen da. PN junturak orekan dago eta Fermi maila uniformea du. Karga-eramaileen analisiari dagokionez, P motako materialetako karga-eramaile gehienak zuloak dira, eta N motako materialetako gehienak elektroiak. Bi materialak kontaktuan daudenean, eramaileen kontzentrazioaren aldeagatik, N motako materialetako elektroiak P motara hedatuko dira, eta N motako materialetako elektroiak, berriz, zuloetara kontrako noranzkoan hedatuko dira. Elektroien eta zuloen difusioak uzten duen konpentsatu gabeko eremuak barne-eremu elektriko bat sortuko du, eta barne-eremu elektrikoak eramaileen higidura izango du, eta higiduraren norabidea difusioaren norabidearen aurkakoa da, hau da, barne-eremu elektrikoaren sorrerak eramaileen difusioa eragozten du, eta difusioa eta higidura biak daude PN junturaren barruan bi mugimendu motak orekatu arte, eramaileen fluxu estatikoa zero izan dadin. Barne-oreka dinamikoa.
PN junturak argi-erradiazioaren eraginpean jartzen denean, fotoiaren energia eramaileari transferitzen zaio, eta fotosortutako eramailea sortzen da, hau da, fotosortutako elektroi-zulo bikotea. Eremu elektrikoaren eraginpean, elektroia eta zuloa N eskualdera eta P eskualdera mugitzen dira, hurrenez hurren, eta fotosortutako eramailearen norabide-desbideratzeak fotokorrontea sortzen du. Hau da PN junturaren fotodetektagailuaren oinarrizko printzipioa.
(3)PIN fotodetektagailua
Pin fotodiodoa P motako materiala eta N motako materiala da I geruzaren artean, materialaren I geruza, oro har, dopaje baxuko materiala da. Bere funtzionamendu-mekanismoa PN junturaren antzekoa da, PIN junturak argi-erradiazioaren eraginpean jartzen denean, fotoiak energia transferitzen dio elektroiari, fotosortutako karga-eramaileak sortuz, eta barneko edo kanpoko eremu elektrikoak fotosortutako elektroi-zulo bikoteak agortze-geruzan bereiziko ditu, eta desbideratutako karga-eramaileek korronte bat sortuko dute kanpoko zirkuituan. I geruzak jokatzen duen eginkizuna agortze-geruzaren zabalera zabaltzea da, eta I geruza erabat agortze-geruza bihurtuko da polarizazio-tentsio handi baten pean, eta sortutako elektroi-zulo bikoteak azkar bereiziko dira, beraz, PIN junturaren fotodetektagailuaren erantzun-abiadura, oro har, PN junturaren detektagailuarena baino azkarragoa da. I geruzatik kanpoko eramaileak ere agortze-geruzak biltzen ditu difusio-mugimenduaren bidez, difusio-korronte bat sortuz. I geruzaren lodiera, oro har, oso mehea da, eta bere helburua detektagailuaren erantzun-abiadura hobetzea da.
(4)APD fotodetektagailuaelur-jausi fotodiodoa
Mekanismoaelur-jausi fotodiodoaPN junturaren antzekoa da. APD fotodetektagailuak PN junturak oso dopatuta erabiltzen ditu, APD detekzioan oinarritutako funtzionamendu-tentsioa handia da, eta alderantzizko polarizazio handia gehitzen denean, talka-ionizazioa eta elur-jausien biderketa gertatuko dira APD barruan, eta detektagailuaren errendimendua fotokorrontea handitzen da. APD alderantzizko polarizazio moduan dagoenean, agortze-geruzan dagoen eremu elektrikoa oso indartsua izango da, eta argiak sortutako fotosortutako eramaileak azkar bereiziko dira eta azkar higituko dira eremu elektrikoaren eraginpean. Prozesu honetan zehar elektroiak sarearen kontra talka egiteko probabilitatea dago, sareko elektroiak ionizatuz. Prozesu hau errepikatzen da, eta sareko ioi ionizatuek ere sarearekin talka egiten dute, APDko karga-eramaileen kopurua handitzea eraginez, korronte handia sortuz. APD barruko mekanismo fisiko berezi horri esker, APD oinarritutako detektagailuek, oro har, erantzun-abiadura azkarra, korronte-balio handiko irabazia eta sentikortasun handiko ezaugarriak dituzte. PN junturarekin eta PIN junturarekin alderatuta, APDk erantzun-abiadura azkarragoa du, hau da, egungo hodi fotosentikorren artean erantzun-abiadura azkarrena.
(5) Schottky juntura fotodetektagailua
Schottky juntura fotodetektagailuaren oinarrizko egitura Schottky diodo bat da, zeinaren ezaugarri elektrikoak goian deskribatutako PN junturakoen antzekoak diren, eta eroankortasun unidirekzionala du, eroapen positiboarekin eta alderantzizko mozketarekin. Lan-funtzio handiko metal batek eta lan-funtzio txikiko erdieroale batek kontaktuan jartzen direnean, Schottky hesi bat sortzen da, eta ondoriozko juntura Schottky juntura bat da. Mekanismo nagusia PN junturaren antzekoa da neurri batean, N motako erdieroaleak adibide gisa hartuta, bi material kontaktuan jartzen direnean, bi materialen elektroi-kontzentrazio desberdinak direla eta, erdieroaleko elektroiak metalaren aldera barreiatzen dira. Barreiatutako elektroiak etengabe metatzen dira metalaren mutur batean, eta horrela metalaren jatorrizko neutraltasun elektrikoa suntsitzen dute, erdieroaletik kontaktu-gainazaleko metalera barneko eremu elektriko bat sortuz, eta elektroiak barne-eremu elektrikoaren eraginpean higituko dira, eta eramailearen difusio eta higidura mugimendua aldi berean egingo dira, oreka dinamikoa lortzeko denbora-tarte bat igaro ondoren, eta azkenean Schottky juntura bat osatuko dute. Argi-baldintzetan, hesi-eskualdeak zuzenean xurgatzen du argia eta elektroi-zulo bikoteak sortzen ditu, PN junturaren barruan fotosortutako eramaileek difusio-eskualdea zeharkatu behar duten bitartean junturaren eskualdera iristeko. PN junturarekin alderatuta, Schottky junturan oinarritutako fotodetektagailuak erantzun-abiadura azkarragoa du, eta erantzun-abiadura ns mailara ere irits daiteke.
Argitaratze data: 2024ko abuztuaren 13a