Пређи на садржај

Фотодетектор

С Википедије, слободне енциклопедије
Фотодетектор спашен са CD-ROM драјва. Фотодетектор садржи три фотодиоде, видљиве на фотографији (у средини).

Фотодетектори или фотоћелије су сензори (чула) свјетлости у неком опсегу електромагнетског спектра.[1] Постоји велики број фотодетектора који се могу класификовати према механизму детекције, као што су фотоелектрични или фотохемијски ефекти, или према различитим метрикама перформанси, као што је спектрални одзив. Фотодетектори засновани на полупроводницима обично имају p–n спој који претвара светлосне фотоне у струју. Апсорбовани фотони праве парове електрон-рупа у области исцрпљивања. Фотодиоде и фототранзистори су неколико примера фотодетектора. Соларне ћелије претварају део апсорбоване светлосне енергије у електричну енергију.

Типови

[уреди | уреди извор]

Фотодетектори се могу класификовати према њиховом механизму за детекцију:[2][3][4]

  • Фотоемисија или фотоелектрични ефекат: Фотони узрокују прелазак електрона из проводног појаса материјала у слободне електроне у вакууму или гасу.
  • Топлотни: фотони доводе до преласка електрона у стања средњег размака, а затим се враћају у ниже опсеге, изазивајући стварање фонона, а тиме и топлоту.
  • Поларизација: Фотони изазивају промене у поларизационим стањима одговарајућих материјала, што може довести до промене индекса преламања или других ефеката поларизације.
  • Фотохемијска: Фотони изазивају хемијску промену у материјалу.
  • Ефекти слабе интеракције: фотони изазивају секундарне ефекте као што су детектори отпора фотона[5][6] или промене притиска гаса у Голајским ћелијама.

Врсте

[уреди | уреди извор]

Постоји више врста:

Својства

[уреди | уреди извор]

Постоји низ метрика перформанси, које се називају цифре заслуга, према којима се фотодетектори карактеришу и упоређују[2][3]

  • Спектрални одзив: Одзив фотодетектора као функција фреквенције фотона.
  • Квантна ефикасност: Број носилаца (електрона или рупа) генерисаних по фотону.
  • Одзив: Излазна струја подељена са укупном светлосном снагом која пада на фотодетектор.
  • Снага еквивалентна буци: Количина светлосне снаге која је потребна за генерисање сигнала упоредиве величине са шумом уређаја.
  • Детективност: квадратни корен површине детектора подељен снагом еквивалента буке.
  • Појачање: Излазна струја фотодетектора подељена са струјом коју директно производе фотони који упадају на детекторе, тј. уграђено појачање струје.
  • Тамна струја: Струја која тече кроз фотодетектор чак и у одсуству светлости.
  • Време одзива: Време потребно да фотодетектор пређе са 10% на 90% коначног излаза.
  • Спектар буке: Напон или струја унутрашњег шума као функција фреквенције. Ово се може представити у облику спектралне густине шума.
  • Нелинеарност: RF-излаз је ограничен нелинеарношћу фотодетектора[7]

Уређаји

[уреди | уреди извор]

Груписани по механизму, фотодетектори укључују следеће уређаје:

Фотоемисиони или фотоелектрични

[уреди | уреди извор]

Полупроводник

[уреди | уреди извор]

фотонапонски

[уреди | уреди извор]

Термички

[уреди | уреди извор]

Фотохемијски

[уреди | уреди извор]

Поларизација

[уреди | уреди извор]

Графен/силицијумски фотодетектори

[уреди | уреди извор]

Показано је да силицијумска хетероспојница графен/n-типа показује снажно понашање исправљања и високу фотоодзивност. Графен је спојен са силицијумским квантним тачкама (Si QD) на врху масивног Si да би се формирао хибридни фотодетектор. Si QD изазивају повећање уграђеног потенцијала графен/Si Шоткијевог споја док смањују оптичку рефлексију фотодетектора. Електрични и оптички доприноси Si QD-ова омогућавају супериорне перформансе фотодетектора.[19]

Фреквентни опсег

[уреди | уреди извор]

In 2014 a technique for extending semiconductor-based photodetector's frequency range to longer, lower-energy wavelengths. Adding a light source to the device effectively "primed" the detector so that in the presence of long wavelengths, it fired on wavelengths that otherwise lacked the energy to do so.[20]

Референце

[уреди | уреди извор]
  1. ^ Haugan, H. J.; Elhamri, S.; Szmulowicz, F.; Ullrich, B.; Brown, G. J.; Mitchel, W. C. (2008). „Study of residual background carriers in midinfrared InAs/GaSb superlattices for uncooled detector operation”. Applied Physics Letters. 92 (7): 071102. Bibcode:2008ApPhL..92g1102H. S2CID 39187771. doi:10.1063/1.2884264. 
  2. ^ а б Donati, S. „Photodetectors” (PDF). unipv.it. Prentice Hall. Приступљено 1. 6. 2016. 
  3. ^ а б Yotter, R.A.; Wilson, D.M. (јун 2003). „A review of photodetectors for sensing light-emitting reporters in biological systems”. IEEE Sensors Journal. 3 (3): 288—303. Bibcode:2003ISenJ...3..288Y. doi:10.1109/JSEN.2003.814651. 
  4. ^ Stöckmann, F. (мај 1975). „Photodetectors, their performance and their limitations”. Applied Physics. 7 (1): 1—5. Bibcode:1975ApPhy...7....1S. S2CID 121425624. doi:10.1007/BF00900511. 
  5. ^ A. Grinberg, Anatoly; Luryi, Serge (1. 7. 1988). „Theory of the photon-drag effect in a two-dimensional electron gas”. Physical Review B. 38 (1): 87—96. Bibcode:1988PhRvB..38...87G. PMID 9945167. doi:10.1103/PhysRevB.38.87. 
  6. ^ Bishop, P.; Gibson, A.; Kimmitt, M. (октобар 1973). „The performance of photon-drag detectors at high laser intensities”. IEEE Journal of Quantum Electronics. 9 (10): 1007—1011. Bibcode:1973IJQE....9.1007B. doi:10.1109/JQE.1973.1077407. 
  7. ^ Hu, Yue (1. 10. 2014). „Modeling sources of nonlinearity in a simple pin photodetector”. Journal of Lightwave Technology. 32 (20): 3710—3720. Bibcode:2014JLwT...32.3710H. CiteSeerX 10.1.1.670.2359 Слободан приступ. S2CID 9882873. doi:10.1109/JLT.2014.2315740. 
  8. ^ „Photo Detector Circuit”. oscience.info. 
  9. ^ Pearsall, Thomas (2010). Photonics Essentials, 2nd edition. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5. 
  10. ^ Paschotta, Dr. Rüdiger. „Encyclopedia of Laser Physics and Technology - photodetectors, photodiodes, phototransistors, pyroelectric photodetectors, array, powermeter, noise”. www.rp-photonics.com. Приступљено 2016-05-31. 
  11. ^ „PDA10A(-EC) Si Amplified Fixed Gain Detector User Manual” (PDF). Thorlabs. Архивирано из оригинала (PDF) 06. 05. 2022. г. Приступљено 24. 4. 2018. 
  12. ^ „DPD80 760nm Datasheet”. Resolved Instruments. Приступљено 24. 4. 2018. 
  13. ^ Fossum, E. R.; Hondongwa, D. B. (2014). „A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors”. IEEE Journal of the Electron Devices Society. 2 (3): 33—43. doi:10.1109/JEDS.2014.2306412 Слободан приступ. 
  14. ^ Knoll, G.F. (1999). Radiation Detection and Measurement (3rd изд.). Wiley. стр. 365. ISBN 978-0-471-07338-3. 
  15. ^ Carvalho, Matheus (2018). „Auto-HPGe, an autosampler for gamma-ray spectroscopy using high-purity germanium (HPGe) detectors and heavy shields”. HardwareX. 4: e00040. doi:10.1016/j.ohx.2018.e00040 Слободан приступ. 
  16. ^ „Silicon Drift Detectors” (PDF). tools.thermofisher.com. Thermo Scientific. 
  17. ^ Enss, Christian, ур. (2005). Cryogenic Particle Detection. Springer, Topics in applied physics 99. ISBN 978-3-540-20113-7. 
  18. ^ Yuan, Hongtao; Liu, Xiaoge; Afshinmanesh, Farzaneh; Li, Wei; Xu, Gang; Sun, Jie; Lian, Biao; Curto, Alberto G.; Ye, Guojun; Hikita, Yasuyuki; Shen, Zhixun; Zhang, Shou-Cheng; Chen, Xianhui; Brongersma, Mark; Hwang, Harold Y.; Cui, Yi (1. 6. 2015). „Polarization-sensitive broadband photodetector using a black phosphorus vertical p–n junction”. Nature Nanotechnology. 10 (8): 707—713. Bibcode:2015NatNa..10..707Y. PMID 26030655. arXiv:1409.4729 Слободан приступ. doi:10.1038/nnano.2015.112. 
  19. ^ Yu, Ting; Wang, Feng; Xu, Yang; Ma, Lingling; Pi, Xiaodong; Yang, Deren (2016). „Graphene Coupled with Silicon Quantum Dots for High-Performance Bulk-Silicon-Based Schottky-Junction Photodetectors”. Advanced Materials. 28 (24): 4912—4919. PMID 27061073. S2CID 205267070. doi:10.1002/adma.201506140. 
  20. ^ Claycombe, Ann (2014-04-14). „Research finds "tunable" semiconductors will allow better detectors, solar cells”. Rdmag.com. Приступљено 2014-08-24. 

Спољашње везе

[уреди | уреди извор]
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Фотодетектор&oldid=28743519”