ປະເພດຂອງໂຄງສ້າງອຸປະກອນ photodetector

ປະເພດອຸປະກອນກວດຈັບພາບໂຄງສ້າງ
ເຄື່ອງກວດຈັບພາບເປັນ​ອຸ​ປະ​ກອນ​ທີ່​ປ່ຽນ​ສັນ​ຍານ optical ເປັນ​ສັນ​ຍານ​ໄຟ​ຟ້າ​, ໂຄງ​ປະ​ກອບ​ການ​ແລະ​ແນວ​ພັນ​ຂອງ​ຕົນ​, ສາ​ມາດ​ແບ່ງ​ອອກ​ເປັນ​ຕົ້ນ​ຕໍ​ເປັນ​ປະ​ເພດ​ດັ່ງ​ຕໍ່​ໄປ​ນີ້​:
(1) ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຖ່າຍຕົວນໍາ
ໃນເວລາທີ່ອຸປະກອນ photoconductive ໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບແສງສະຫວ່າງ, ຜູ້ບັນທຸກ photogenerated ເພີ່ມທະວີການ conductivity ຂອງເຂົາເຈົ້າແລະຫຼຸດລົງຄວາມຕ້ານທານຂອງເຂົາເຈົ້າ. ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການຕື່ນເຕັ້ນຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງເຄື່ອນຍ້າຍໃນລັກສະນະທິດທາງພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ, ດັ່ງນັ້ນການສ້າງກະແສ. ພາຍໃຕ້ສະພາບຂອງແສງສະຫວ່າງ, ເອເລັກໂຕຣນິກມີຄວາມຕື່ນເຕັ້ນແລະການຫັນປ່ຽນເກີດຂື້ນ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ພວກມັນລອຍຢູ່ໃຕ້ການກະ ທຳ ຂອງສະ ໜາມ ໄຟຟ້າເພື່ອສ້າງກະແສກະແສໄຟຟ້າ. ຜູ້ຜະລິດ photogenerated ຜົນໄດ້ຮັບເພີ່ມທະວີການ conductivity ຂອງອຸປະກອນແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານ. ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຖ່າຍພາບໂດຍປົກກະຕິຈະສະແດງຜົນຮັບສູງ ແລະຕອບສະໜອງໄດ້ຢ່າງດີໃນການປະຕິບັດ, ແຕ່ພວກມັນບໍ່ສາມາດຕອບສະໜອງຕໍ່ສັນຍານແສງຄວາມຖີ່ສູງໄດ້, ສະນັ້ນ ຄວາມໄວໃນການຕອບສະໜອງແມ່ນຊ້າ, ເຊິ່ງຈຳກັດການນຳໃຊ້ອຸປະກອນຖ່າຍພາບໃນບາງດ້ານ.

(2)ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ PN
PN photodetector ແມ່ນສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍການຕິດຕໍ່ລະຫວ່າງວັດສະດຸ semiconductor P-type ແລະ N-type semiconductor material. ກ່ອນທີ່ຈະຕິດຕໍ່ພົວພັນ, ສອງວັດສະດຸແມ່ນຢູ່ໃນລັດແຍກຕ່າງຫາກ. ລະດັບ Fermi ໃນ semiconductor P-type ແມ່ນຢູ່ໃກ້ກັບຂອບຂອງແຖບ valence, ໃນຂະນະທີ່ລະດັບ Fermi ໃນ semiconductor N-type ແມ່ນຢູ່ໃກ້ກັບຂອບຂອງແຖບ conduction. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ລະດັບ Fermi ຂອງວັດສະດຸ N-type ຢູ່ຂອບຂອງແຖບ conduction ໄດ້ຖືກເລື່ອນລົງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈົນກ່ວາລະດັບ Fermi ຂອງສອງວັດສະດຸຢູ່ໃນຕໍາແຫນ່ງດຽວກັນ. ການປ່ຽນແປງຕໍາແຫນ່ງຂອງແຖບ conduction ແລະແຖບ valence ແມ່ນຍັງປະກອບດ້ວຍການບິດຂອງແຖບ. ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PN ຢູ່ໃນຄວາມສົມດຸນແລະມີລະດັບ Fermi ເປັນເອກະພາບ. ຈາກລັກສະນະຂອງການວິເຄາະຜູ້ຮັບຜິດຊອບ, ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງຜູ້ຮັບຜິດຊອບໃນວັດສະດຸ P-type ແມ່ນຮູ, ໃນຂະນະທີ່ຜູ້ຮັບຜິດຊອບສ່ວນໃຫຍ່ໃນວັດສະດຸ N-type ແມ່ນເອເລັກໂຕຣນິກ. ໃນເວລາທີ່ວັດສະດຸທັງສອງຕິດຕໍ່ກັນ, ເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງສາຍສົ່ງ, ເອເລັກໂຕຣນິກໃນວັດສະດຸ N-type ຈະແຜ່ລາມໄປສູ່ປະເພດ P, ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກໂຕຣນິກໃນວັດສະດຸ N-type ຈະກະຈາຍໄປໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມກັບຮູ. ພື້ນທີ່ທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບຄ່າຕອບແທນທີ່ປະໄວ້ໂດຍການແຜ່ກະຈາຍຂອງອິເລັກຕອນແລະຂຸມຈະປະກອບເປັນພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ສ້າງຂຶ້ນ, ແລະພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ສ້າງຂຶ້ນຈະແນວໂນ້ມຂອງ drift, ແລະທິດທາງຂອງ drift ແມ່ນກົງກັນຂ້າມກັບທິດທາງຂອງການແຜ່ກະຈາຍ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າ. ການສ້າງສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ສ້າງຂຶ້ນໃນການປ້ອງກັນການແຜ່ກະຈາຍຂອງບັນທຸກ, ແລະມີທັງການແຜ່ກະຈາຍແລະ drift ພາຍໃນ PN junction ຈົນກ່ວາທັງສອງປະເພດຂອງການເຄື່ອນໄຫວມີຄວາມສົມດູນ, ດັ່ງນັ້ນການໄຫຼຂອງບັນທຸກ static ແມ່ນສູນ. ການດຸ່ນດ່ຽງແບບເຄື່ອນໄຫວພາຍໃນ.
ໃນເວລາທີ່ PN junction ໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບ radiation ແສງສະຫວ່າງ, ພະລັງງານຂອງ photon ໄດ້ຖືກໂອນໄປຫາ carrier, ແລະ carrier photogenerated, ນັ້ນແມ່ນ, photogenerated electron-hole ຄູ່, ຖືກສ້າງຂຶ້ນ. ພາຍ​ໃຕ້​ການ​ກະ​ທໍາ​ຂອງ​ພາກ​ສະ​ຫນາມ​ໄຟ​ຟ້າ​, ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ແລະ​ຂຸມ​ພຽງ​ການ​ລອຍ​ໄປ​ຫາ​ພາກ​ພື້ນ N ແລະ​ພາກ​ພື້ນ P ຕາມ​ລໍາ​ດັບ​, ແລະ​ການ​ເຄື່ອນ​ຍ້າຍ​ທິດ​ທາງ​ຂອງ photogenerated carrier ສ້າງ photocurrent​. ນີ້ແມ່ນຫຼັກການພື້ນຖານຂອງ PN junction photodetector.

(3)ເຄື່ອງກວດຈັບຮູບ PIN
Pin photodiode ແມ່ນວັດສະດຸປະເພດ P ແລະວັດສະດຸ N-type ລະຫວ່າງຊັ້ນ I, ຊັ້ນ I ຂອງວັດສະດຸໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນວັດສະດຸພາຍໃນຫຼືຝຸ່ນຕ່ໍາ. ກົນໄກການເຮັດວຽກຂອງມັນແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ PN junction, ໃນເວລາທີ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PIN ໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບ radiation ແສງສະຫວ່າງ, photon ໂອນພະລັງງານກັບເອເລັກໂຕຣນິກ, ການຜະລິດ photogenerated chargers, ແລະພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍໃນຫຼືພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍນອກຈະແຍກອອກ photogenerated electron-hole. ຄູ່ໃນຊັ້ນ depletion, ແລະຜູ້ບັນທຸກຄ່າ drifted ຈະປະກອບເປັນກະແສໃນວົງຈອນພາຍນອກ. ບົດບາດຂອງຊັ້ນ I ແມ່ນການຂະຫຍາຍຄວາມກວ້າງຂອງຊັ້ນ depletion, ແລະຊັ້ນ I ຈະກາຍເປັນຊັ້ນ depletion ຢ່າງສົມບູນພາຍໃຕ້ແຮງດັນທີ່ມີ bias ຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະຄູ່ electron-hole ທີ່ຜະລິດຈະຖືກແຍກອອກຢ່າງໄວວາ, ດັ່ງນັ້ນຄວາມໄວໃນການຕອບສະຫນອງຂອງ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວເຄື່ອງກວດຈັບພາບຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PIN ແມ່ນໄວກວ່າເຄື່ອງກວດຈັບຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PN. ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການນອກຊັ້ນ I ຍັງຖືກລວບລວມໂດຍຊັ້ນ depletion ໂດຍຜ່ານການເຄື່ອນໄຫວການແຜ່ກະຈາຍ, ປະກອບເປັນກະແສກະຈາຍ. ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ I ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນບາງຫຼາຍ, ແລະຈຸດປະສົງຂອງມັນແມ່ນເພື່ອປັບປຸງຄວາມໄວການຕອບສະຫນອງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບ.

(4)ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ APDphotodiode avalanche
ກົນໄກຂອງphotodiode avalancheແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ PN junction. APD photodetector ໃຊ້ doped PN junction ຢ່າງຮຸນແຮງ, ແຮງດັນຂອງການດໍາເນີນງານໂດຍອີງໃສ່ການກວດສອບ APD ແມ່ນຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະໃນເວລາທີ່ຄວາມລໍາອຽງປີ້ນກັບກັນຂະຫນາດໃຫຍ່ໄດ້ຖືກເພີ່ມ, collision ionization ແລະການຄູນ avalanche ຈະເກີດຂຶ້ນພາຍໃນ APD, ແລະປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແມ່ນ photocurrent ເພີ່ມຂຶ້ນ. ເມື່ອ APD ຢູ່ໃນໂຫມດອະຄະຕິແບບປີ້ນກັບກັນ, ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າໃນຊັ້ນ depletion ຈະມີຄວາມເຂັ້ມແຂງຫຼາຍ, ແລະ carriers photogenerated ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍແສງສະຫວ່າງຈະຖືກແຍກອອກຢ່າງໄວວາແລະ drift ຢ່າງໄວວາພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ. ມີຄວາມເປັນໄປໄດ້ທີ່ອິເລັກໂທຣນິກຈະຕີໃສ່ເສັ້ນດ່າງໃນລະຫວ່າງຂະບວນການນີ້, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ອິເລັກຕອນຢູ່ໃນເສັ້ນດ່າງຖືກ ionized. ຂະບວນການນີ້ແມ່ນຊ້ໍາກັນ, ແລະ ionized ionized ໃນ lattice ຍັງ collide ກັບ lattice, ເຮັດໃຫ້ຈໍານວນຂອງ charger ໃນ APD ເພີ່ມຂຶ້ນ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ກະແສຂະຫນາດໃຫຍ່. ມັນເປັນກົນໄກທາງກາຍະພາບທີ່ເປັນເອກະລັກພາຍໃນ APD ທີ່ເຄື່ອງກວດຈັບທີ່ອີງໃສ່ APD ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມີລັກສະນະຂອງຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໄວ, ການເພີ່ມມູນຄ່າໃນປະຈຸບັນຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ PN junction ແລະ PIN junction, APD ມີຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໄວ, ເຊິ່ງເປັນຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໄວທີ່ສຸດໃນບັນດາທໍ່ photosensitive ໃນປັດຈຸບັນ.

(5) ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຈຸດ Schottky
ໂຄງປະກອບການພື້ນຖານຂອງ Schottky junction photodetector ແມ່ນ diode Schottky, ລັກສະນະໄຟຟ້າແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ PN junction ໄດ້ອະທິບາຍຂ້າງເທິງ, ແລະມັນມີ unidirectional conductivity ທີ່ມີ conduction ໃນທາງບວກແລະ reverse cut-off. ເມື່ອໂລຫະທີ່ມີຫນ້າທີ່ເຮັດວຽກສູງແລະ semiconductor ທີ່ມີການຕິດຕໍ່ແບບຟອມການເຮັດວຽກຕ່ໍາ, ສິ່ງກີດຂວາງ Schottky ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ, ແລະຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ Schottky. ກົນໄກຕົ້ນຕໍແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ PN junction, ເອົາ N-type semiconductors ເປັນຕົວຢ່າງ, ເມື່ອວັດສະດຸສອງຕົວຕິດຕໍ່ກັນ, ເນື່ອງຈາກຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງສອງວັດສະດຸ, ເອເລັກໂຕຣນິກໃນ semiconductor ຈະແຜ່ລາມໄປຂ້າງໂລຫະ. ອິເລັກຕອນທີ່ແຜ່ກະຈາຍໄດ້ສະສົມຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຢູ່ສົ້ນຫນຶ່ງຂອງໂລຫະ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງທໍາລາຍຄວາມເປັນກາງໄຟຟ້າຕົ້ນສະບັບຂອງໂລຫະ, ປະກອບເປັນພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຈາກ semiconductor ກັບໂລຫະເທິງຫນ້າຕິດຕໍ່, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກຈະ drift ພາຍໃຕ້ການດໍາເນີນການຂອງ. ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍໃນ, ແລະການແຜ່ກະຈາຍຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການແລະການເຄື່ອນໄຫວພຽງການລອຍລົມຈະດໍາເນີນການພ້ອມໆກັນ, ຫຼັງຈາກໄລຍະເວລາທີ່ຈະສາມາດບັນລຸຄວາມສົມດຸນແບບເຄື່ອນໄຫວ, ແລະສຸດທ້າຍກໍ່ເປັນຈຸດແຍກ Schottky. ພາຍໃຕ້ສະພາບແສງສະຫວ່າງ, ພື້ນທີ່ກີດຂວາງຈະດູດເອົາແສງສະຫວ່າງໂດຍກົງແລະສ້າງຄູ່ electron-hole, ໃນຂະນະທີ່ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ photogenerated ພາຍໃນ PN junction ຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຜ່ານພາກພື້ນກະຈາຍເພື່ອໄປເຖິງພາກພື້ນ junction. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ PN junction, photodetector ໂດຍອີງໃສ່ Schottky junction ມີຄວາມໄວຕອບສະຫນອງໄວ, ແລະຄວາມໄວໃນການຕອບສະຫນອງເຖິງແມ່ນວ່າສາມາດບັນລຸລະດັບ ns.