Википедија

Fotodetektor

Fotodetektori ili fotoćelije su senzori (čula) svjetlosti u nekom opsegu elektromagnetskog spektra.[1] Postoji veliki broj fotodetektora koji se mogu klasifikovati prema mehanizmu detekcije, kao što su fotoelektrični ili fotohemijski efekti, ili prema različitim metrikama performansi, kao što je spektralni odziv. Fotodetektori zasnovani na poluprovodnicima obično imaju p–n spoj koji pretvara svetlosne fotone u struju. Apsorbovani fotoni prave parove elektron-rupa u oblasti iscrpljivanja. Fotodiode i fototranzistori su nekoliko primera fotodetektora. Solarne ćelije pretvaraju deo apsorbovane svetlosne energije u električnu energiju.

Fotodetektor spašen sa CD-ROM drajva. Fotodetektor sadrži tri fotodiode, vidljive na fotografiji (u sredini).

Tipovi

uredi

Fotodetektori se mogu klasifikovati prema njihovom mehanizmu za detekciju:[2][3][4]

  • Fotoemisija ili fotoelektrični efekat: Fotoni uzrokuju prelazak elektrona iz provodnog pojasa materijala u slobodne elektrone u vakuumu ili gasu.
  • Toplotni: fotoni dovode do prelaska elektrona u stanja srednjeg razmaka, a zatim se vraćaju u niže opsege, izazivajući stvaranje fonona, a time i toplotu.
  • Polarizacija: Fotoni izazivaju promene u polarizacionim stanjima odgovarajućih materijala, što može dovesti do promene indeksa prelamanja ili drugih efekata polarizacije.
  • Fotohemijska: Fotoni izazivaju hemijsku promenu u materijalu.
  • Efekti slabe interakcije: fotoni izazivaju sekundarne efekte kao što su detektori otpora fotona[5][6] ili promene pritiska gasa u Golajskim ćelijama.

Vrste

uredi

Postoji više vrsta:

Svojstva

uredi

Postoji niz metrika performansi, koje se nazivaju cifre zasluga, prema kojima se fotodetektori karakterišu i upoređuju[2][3]

  • Spektralni odziv: Odziv fotodetektora kao funkcija frekvencije fotona.
  • Kvantna efikasnost: Broj nosilaca (elektrona ili rupa) generisanih po fotonu.
  • Odziv: Izlazna struja podeljena sa ukupnom svetlosnom snagom koja pada na fotodetektor.
  • Snaga ekvivalentna buci: Količina svetlosne snage koja je potrebna za generisanje signala uporedive veličine sa šumom uređaja.
  • Detektivnost: kvadratni koren površine detektora podeljen snagom ekvivalenta buke.
  • Pojačanje: Izlazna struja fotodetektora podeljena sa strujom koju direktno proizvode fotoni koji upadaju na detektore, tj. ugrađeno pojačanje struje.
  • Tamna struja: Struja koja teče kroz fotodetektor čak i u odsustvu svetlosti.
  • Vreme odziva: Vreme potrebno da fotodetektor pređe sa 10% na 90% konačnog izlaza.
  • Spektar buke: Napon ili struja unutrašnjeg šuma kao funkcija frekvencije. Ovo se može predstaviti u obliku spektralne gustine šuma.
  • Nelinearnost: RF-izlaz je ograničen nelinearnošću fotodetektora[7]

Uređaji

uredi

Grupisani po mehanizmu, fotodetektori uključuju sledeće uređaje:

Fotoemisioni ili fotoelektrični

uredi

Poluprovodnik

uredi

fotonaponski

uredi

Termički

uredi

Fotohemijski

uredi

Polarizacija

uredi

Grafen/silicijumski fotodetektori

uredi

Pokazano je da silicijumska heterospojnica grafen/n-tipa pokazuje snažno ponašanje ispravljanja i visoku fotoodzivnost. Grafen je spojen sa silicijumskim kvantnim tačkama (Si QD) na vrhu masivnog Si da bi se formirao hibridni fotodetektor. Si QD izazivaju povećanje ugrađenog potencijala grafen/Si Šotkijevog spoja dok smanjuju optičku refleksiju fotodetektora. Električni i optički doprinosi Si QD-ova omogućavaju superiorne performanse fotodetektora.[19]

Frekventni opseg

uredi

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]

Reference

uredi
  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. ^ a b Donati, S. „Photodetectors” (PDF). unipv.it. Prentice Hall. Pristupljeno 1. 6. 2016. 
  3. ^ a b Yotter, R.A.; Wilson, D.M. (jun 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. (maj 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. (oktobar 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  . 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. Pristupljeno 2016-05-31. 
  11. ^ „PDA10A(-EC) Si Amplified Fixed Gain Detector User Manual” (PDF). Thorlabs. Arhivirano iz originala (PDF) 06. 05. 2022. g. Pristupljeno 24. 4. 2018. 
  12. ^ „DPD80 760nm Datasheet”. Resolved Instruments. Pristupljeno 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  . 
  14. ^ Knoll, G.F. (1999). Radiation Detection and Measurement (3rd izd.). Wiley. str. 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  . 
  16. ^ „Silicon Drift Detectors” (PDF). tools.thermofisher.com. Thermo Scientific. 
  17. ^ Enss, Christian, ur. (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  . 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. Pristupljeno 2014-08-24. 

Spoljašnje veze

uredi
Preuzeto iz „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Фотодетектор&oldid=28743519”