Фотоприемник - Photodetector

Фотоприемник, извлеченный из привода CD-ROM . Фотоприемник содержит три фотодиода , которые видны на фото (в центре).

Фотоприемники , называемые также фотодатчики , являются датчики из света или другого электромагнитного излучения . Существует большое количество фотодетекторов, которые можно классифицировать по механизму обнаружения, например по фотоэлектрическим или фотохимическим эффектам, или по различным показателям производительности, таким как спектральный отклик. Фотоприемники на основе полупроводников обычно имеют p – n-переход, который преобразует световые фотоны в ток. Поглощенные фотоны образуют электронно-дырочные пары в обедненной области . Фотодиоды и фототранзисторы - несколько примеров фотодетекторов. Солнечные элементы преобразуют часть поглощенной световой энергии в электрическую.

Типы

Коммерческий фотодетектор с усилением для использования в исследованиях оптики.

Фотоприемники можно классифицировать по механизму обнаружения:

  • Фотоэмиссия или фотоэлектрический эффект: фотоны заставляют электроны переходить из зоны проводимости материала к свободным электронам в вакууме или газе.
  • Тепловой: фотоны заставляют электроны переходить в состояния со средней щелью, а затем распадаться обратно на более низкие зоны, вызывая генерацию фононов и, следовательно, нагрев.
  • Поляризация : фотоны вызывают изменения в состояниях поляризации подходящих материалов, что может привести к изменению показателя преломления или другим поляризационным эффектам.
  • Фотохимические: фотоны вызывают химические изменения в материале.
  • Эффекты слабого взаимодействия: фотоны вызывают вторичные эффекты, такие как в детекторах увлечения фотонов или изменение давления газа в ячейках Голея .

Фотоприемники могут использоваться в различных конфигурациях. Одиночные датчики могут определять общий уровень освещенности. Одномерный массив фотодетекторов, как в спектрофотометре или линейном сканере , может использоваться для измерения распределения света вдоль линии. Двумерная матрица фотодетекторов может использоваться в качестве датчика изображения для формирования изображений из светового узора перед ним.

Фотодетектор или матрица обычно закрыты иллюминатором, иногда с антибликовым покрытием .

Характеристики

Существует ряд показателей производительности, также называемых показателями качества , с помощью которых фотоприемники характеризуются и сравниваются.

  • Спектральный отклик: отклик фотодетектора как функция частоты фотонов.
  • Квантовая эффективность : количество носителей (электронов или дырок ), генерируемых на фотон.
  • Чувствительность : выходной ток, деленный на общую мощность света, падающего на фотодетектор.
  • Мощность, эквивалентная шуму : количество световой мощности, необходимое для генерации сигнала, сопоставимого по размеру с шумом устройства.
  • Обнаруживающая способность: квадратный корень из площади детектора, деленный на эквивалентную мощность шума.
  • Усиление: выходной ток фотодетектора, деленный на ток, непосредственно производимый фотонами, падающими на детекторы, т. Е. На встроенное усиление по току .
  • Темновой ток : ток, протекающий через фотоприемник даже в отсутствие света.
  • Время отклика : время, необходимое фотоприемнику для перехода от 10% до 90% от конечной выходной мощности.
  • Спектр шума: напряжение или ток собственных шумов в зависимости от частоты. Это можно представить в виде спектральной плотности шума .
  • Нелинейность: ВЧ-выход ограничен нелинейностью фотодетектора.

Устройства

Фотоприемники, сгруппированные по механизму, включают в себя следующие устройства:

Фотоэмиссия или фотоэлектрическая

Полупроводник

Фотоэлектрические

Тепловой

Фотохимический

Поляризация

Фотоприемники графен / кремний

Было продемонстрировано, что гетеропереход графен / кремний n-типа проявляет сильное выпрямляющее поведение и высокую светочувствительность. Графен соединен с кремниевыми квантовыми точками (Si QD) поверх объемного Si, образуя гибридный фотодетектор. Si КТ вызывают увеличение встроенного потенциала перехода Шоттки графен / Si при одновременном уменьшении оптического отражения фотодетектора. Как электрический, так и оптический вклад кремниевых квантовых точек обеспечивает превосходные характеристики фотодетектора.

Частотный диапазон

В 2014 году был разработан метод расширения частотного диапазона полупроводниковых фотоприемников до более длинных волн с меньшей энергией. Добавление источника света к устройству эффективно «заряжало» детектор, так что в присутствии длинных волн он стрелял на таких длинах волн, которым в противном случае не хватало бы энергии для этого.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки