סוג מבנה מכשירי הפוטו -גלאי

סוג שלמכשיר פוטו -גלאימִבְנֶה
גלאי פוטוהוא מכשיר שממיר אות אופטי לאות חשמלי, ‌ המבנה והמגוון שלו, ‌ ניתן לחלק בעיקר לקטגוריות הבאות: ‌
(1) גלאי פוטו פוטו -מוליך
כאשר מכשירים פוטו -מוליכים נחשפים לאור, המנשא הפוטוגנרי מגדיל את המוליכות שלהם ומקטין את ההתנגדות שלהם. המובילים נרגשים מטמפרטורת החדר נעים באופן כיווני תחת פעולה של שדה חשמלי, ובכך מייצרים זרם. בתנאי האור, האלקטרונים נרגשים ומתרחש מעבר. יחד עם זאת, הם נסחפים תחת פעולה של שדה חשמלי ליצירת זרם פוטו. המובילים הפוטוגניים שהתקבלו מגדילים את המוליכות של המכשיר ובכך מפחיתים את ההתנגדות. גלאי פוטו-מוליכים פוטו-מוליכים בדרך כלל מראים רווח גבוה והיענות רבה בביצועים, אך הם אינם יכולים להגיב לאותות אופטיים בתדירות גבוהה, ולכן מהירות התגובה היא איטית, מה שמגביל את היישום של מכשירים פוטו-מוליכים בהיבטים מסוימים.

(2)PN Photodetector
גלאי פוטו של PN נוצר על ידי המגע בין חומר מוליכים למחצה מסוג P-Type לחומר מוליכים למחצה מסוג N. לפני יצירת הקשר, שני החומרים במצב נפרד. רמת הפרמי במוליך למחצה מסוג P היא קרובה לקצה פס הערך, ואילו רמת הפרמי במוליך למחצה מסוג N נמצאת קרוב לקצה פס ההולכה. במקביל, רמת הפרמי של החומר מסוג N בקצה רצועת ההולכה מועברת ברציפות כלפי מטה עד שרמת הפרמי של שני החומרים נמצאת באותה מיקום. השינוי של מיקום להקת ההולכה ופס הערך מלווה גם בכיפוף הלהקה. צומת ה- PN נמצא בשיווי משקל ובעל רמת פרמי אחידה. מההיבט של ניתוח מוביל המטען, מרבית נושאי המטען בחומרים מסוג P הם חורים, בעוד שרוב נושאי המטען בחומרים מסוג N הם אלקטרונים. כאשר שני החומרים נמצאים במגע, בגלל ההבדל בריכוז המוביל, האלקטרונים בחומרים מסוג N יתפזרו לסוג P, ואילו האלקטרונים בחומרים מסוג N יתפזרו בכיוון ההפוך לחורים. האזור הבלתי פוסק שהותיר התפשטות של אלקטרונים וחורים יוצר שדה חשמלי מובנה, והשדה החשמלי המובנה יסחף את המנשא, וכיוון ההסחף הוא ממש מנוגד לכיוון הדיפוזיה, מה שאומר שהיווצרות השדה החשמלי המובנה מונעת את התנצלות של התנועה, ושניהם מתפזרים, הם חסינים. איזון דינאמי פנימי.
כאשר צומת ה- PN נחשף לקרינת אור, האנרגיה של הפוטון מועברת למנשא, והנשאת הפוטוגנרית, כלומר צמד חור האלקטרונים הפוטוגנרי, נוצר. תחת פעולת השדה החשמלי, האלקטרון והחור נסחפים לאזור ה- N ולאזור ה- P בהתאמה, וההיסחף הכיוון של המנשא הפוטוגנרי מייצר זרם זרם. זהו העיקרון הבסיסי של גלאי הצילום של צומת PN.

(3)פוטו -גלאר
פוטודיוד סיכה הוא חומר מסוג P וחומר מסוג N בין שכבת I, שכבת I של החומר היא בדרך כלל חומר מהותי או סמים נמוכים. מנגנון העבודה שלו דומה לצומת ה- PN, כאשר צומת הסיכה נחשף לקרינת אור, הפוטון מעביר אנרגיה לאלקטרון, ויוצר נושאי מטען פוטוגניים, והשדה החשמלי הפנימי או השדה החשמלי החיצוני יפרידו בין זוגות חור האלקטרונים הפוטוגניים בשכבה החיצונית, ושדה דחף ייצרו זרם בזרם. התפקיד שמילאה שכבה I הוא להרחיב את רוחב שכבת הדלדול, והשכבה שאני אהפוך לחלוטין לשכבת הדלדול מתחת למתח הטיה גדול, וזוגות החור האלקטרונים שנוצרו יופרדו במהירות, כך שמהירות התגובה של צומת הצומת הצומת היא בדרך כלל מהירה יותר מזו של גלאי Junction. נשאים מחוץ לשכבת I נאספים גם על ידי שכבת הדלדול באמצעות תנועת דיפוזיה ויוצרים זרם דיפוזיה. עובי שכבת I הוא בדרך כלל דק מאוד, ומטרתה לשפר את מהירות התגובה של הגלאי.

(4)APD Photodectoreפוטודיוד מפולת
המנגנון שלפוטודיוד מפולתדומה לזה של צומת PN. גלאי הפוטו של APD משתמש בצומת PN מסומם בכבדות, מתח ההפעלה המבוסס על גילוי APD גדול, וכאשר מתווספים הטיה הפוכה גדולה, יינון התנגשות וכפל מפולת יתקיימו בתוך APD, וביצוע הגלאי מוגבר על זרם הצילום. כאשר APD נמצא במצב ההטיה ההפוך, השדה החשמלי בשכבת ההידלדלות יהיה חזק מאוד, והנשאים הפוטוגניים שנוצרו על ידי אור יופרדו במהירות וייסחפו במהירות בפעולה של השדה החשמלי. ישנה הסתברות שהאלקטרונים ייתקלו בסריג במהלך תהליך זה, ויגרמו ליינן האלקטרונים בסריג. תהליך זה חוזר על עצמו, והיונים המיוננים בסריג מתנגשים גם הם עם הסריג, וגורמים למספר נושאי המטען ב- APD, וכתוצאה מכך זרם גדול. זה המנגנון הפיזי הייחודי הזה בתוך APD כי בדרך כלל גלאים מבוססי APD הם בעלי מאפיינים של מהירות תגובה מהירה, רווח ערך נוכחי גדול ורגישות גבוהה. בהשוואה לצומת PN וצומת סיכה, ל- APD יש מהירות תגובה מהירה יותר, שהיא מהירות התגובה המהירה ביותר בין הצינורות הרגישים להתבצרות.

(5) פוטו -גלאי צומת שוטקי
המבנה הבסיסי של גלאי הצילום של צומת Schottky הוא דיודה שוטקי, שמאפייני החשמל שלו דומים לאלה של צומת ה- PN שתואר לעיל, ויש לו מוליכות חד כיוונית עם הולכה חיובית וניתוק הפוך. כאשר מתכת עם פונקציית עבודה גבוהה ומוליך למחצה עם מגע צורת פונקציה נמוכה, נוצר מחסום שוטקי, והצומת המתקבל הוא צומת שוטקי. המנגנון העיקרי דומה במקצת לצומת ה- PN, ולוקח דוגמא מוליכים למחצה מסוג N, כאשר שני חומרים יוצרים מגע, בגלל ריכוזי האלקטרונים השונים של שני החומרים, האלקטרונים במוליכים למחצה יתפזרו לצד המתכת. האלקטרונים המפוזרים צוברים ברציפות בקצה אחד של המתכת, ובכך משמיסים את הניטרליות החשמלית המקורית של המתכת, ויוצרים שדה חשמלי מובנה מהמוליך למחצה למתכת על משטח המגע, והאלקטרונים יסחפו תחת פעולה של שדה חשמלי פנימי, והדינום של הסחף יגיע לתנועה, יגיעו לגיבוש של תקופה, לאחר תקופה. בתנאי אור, אזור המחסום סופג ישירות אור ומייצר זוגות חור אלקטרונים, ואילו המובילים הפוטוגניים בתוך צומת ה- PN צריכים לעבור באזור הדיפוזיה כדי להגיע לאזור הצומת. בהשוואה לצומת PN, לצילום הפוטו המבוסס על צומת שוטקי יש מהירות תגובה מהירה יותר, ומהירות התגובה יכולה אפילו להגיע לרמת NS.