Fotodetektor - Photodetector

Fotodetektor odzyskany z napędu CD-ROM . Fotodetektor zawiera trzy fotodiody widoczne na zdjęciu (w środku).

Fotodetektory , zwane również photosensors , są czujniki z światła lub innego promieniowania elektromagnetycznego . Istnieje wiele różnych fotodetektorów, które można sklasyfikować według mechanizmów wykrywania, takich jak efekty fotoelektryczne lub fotochemiczne, lub według różnych wskaźników wydajności, takich jak odpowiedź widmowa. Fotodetektory oparte na półprzewodnikach zwykle mają złącze p – n, które przekształca fotony światła w prąd. Zaabsorbowane fotony tworzą pary elektron – dziura w obszarze zubożenia . Fotodiody i fototranzystory to tylko kilka przykładów fotodetektorów. Ogniwa słoneczne przekształcają część pochłoniętej energii świetlnej w energię elektryczną.

Rodzaje

Komercyjny fotodetektor ze wzmocnieniem do użytku w badaniach optyki

Fotodetektory można sklasyfikować według ich mechanizmu wykrywania:

  • Fotoemisja lub efekt fotoelektryczny: fotony powodują przejście elektronów z pasma przewodnictwa materiału do swobodnych elektronów w próżni lub w gazie.
  • Termiczne: fotony powodują przejście elektronów do stanów średniej szczeliny, a następnie rozpad z powrotem do niższych pasm, indukując generację fononów, a tym samym ciepło.
  • Polaryzacja : fotony wywołują zmiany stanów polaryzacji odpowiednich materiałów, co może prowadzić do zmiany współczynnika załamania światła lub innych efektów polaryzacyjnych.
  • Fotochemiczne: fotony wywołują zmiany chemiczne w materiale.
  • Słabe efekty interakcji: fotony wywołują efekty wtórne, takie jak w detektorach oporu fotonów lub zmiany ciśnienia gazu w komórkach Golaya .

Fotodetektory mogą być używane w różnych konfiguracjach. Pojedyncze czujniki mogą wykrywać ogólny poziom oświetlenia. Do pomiaru rozkładu światła wzdłuż linii można zastosować układ 1-D fotodetektorów, jak w spektrofotometrze lub skanerze liniowym. Układ 2-D fotodetektorów może być używany jako czujnik obrazu do tworzenia obrazów z wzoru światła przed nim.

Fotodetektor lub matryca jest zwykle zakryta okienkiem do oświetlania, czasem mającym powłokę przeciwodblaskową .

Nieruchomości

Istnieje szereg wskaźników wydajności, zwanych także wartościami dobrymi , za pomocą których charakteryzowane i porównywane są fotodetektory

  • Odpowiedź widmowa: odpowiedź fotodetektora jako funkcja częstotliwości fotonu.
  • Wydajność kwantowa : liczba nośników (elektronów lub dziur ) generowanych na foton.
  • Responsivity : prąd wyjściowy podzielony przez całkowitą moc światła padającą na fotodetektor.
  • Moc równoważna szumowi : Ilość mocy światła potrzebna do wygenerowania sygnału o wielkości porównywalnej z szumem urządzenia.
  • Wykrywalność : pierwiastek kwadratowy z obszaru detektora podzielony przez moc równoważną szumowi.
  • Wzmocnienie: prąd wyjściowy fotodetektora podzielony przez prąd bezpośrednio wytwarzany przez fotony padające na detektory, tj. Wbudowane wzmocnienie prądowe .
  • Prąd ciemny : Prąd przepływający przez fotodetektor nawet przy braku światła.
  • Czas reakcji : czas potrzebny fotodetektorowi, aby przejść od 10% do 90% mocy końcowej.
  • Spektrum szumów: wewnętrzne napięcie lub prąd szumu jako funkcja częstotliwości. Można to przedstawić w postaci gęstości widmowej szumu .
  • Nieliniowość: wyjście RF jest ograniczone nieliniowością fotodetektora

Urządzenia

Pogrupowane według mechanizmu fotodetektory obejmują następujące urządzenia:

Emisja fotoelektryczna lub fotoelektryczna

Półprzewodnik

Fotowoltaika

Termiczny

Fotochemiczne

Polaryzacja

Fotodetektory grafenowo-krzemowe

Wykazano, że heterozłącze grafen / krzem typu n wykazuje silne właściwości rektyfikacyjne i wysoką fotoreaktywność. Grafen jest sprzężony z krzemowymi kropkami kwantowymi (Si QD) na wierzchu masy Si, tworząc hybrydowy fotodetektor. Si QD powodują wzrost potencjału wbudowanego złącza grafen / Si Schottky, jednocześnie zmniejszając odbicie optyczne fotodetektora. Zarówno wkład elektryczny, jak i optyczny Si QD zapewniają doskonałą wydajność fotodetektora.

Zakres częstotliwości

W 2014 r. Opracowano technikę rozszerzenia zakresu częstotliwości fotodetektora półprzewodnikowego na dłuższe fale o niższej energii. Dodanie źródła światła do urządzenia skutecznie „pobudziło” detektor tak, że w obecności długich fal emitował fale, które w innym przypadku nie miałyby do tego energii.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne