3.
FOTODETEKTORI
ƒ
Fotodetektor je optoelektronska naprava koja energiju opti
č
kog
signala konvertuje u elektri
č
ni signal, koji se manifestuje kroz
fotostruju
.
j
ƒ
Proces fotodetekcije se ostvaruje kroz 3 koraka:
1. apsorpcija opti
č
ke energije i generacija nosilaca,
2. transport generisanih nosilaca kroz apsorpcioni sloj,
3. nagomilavanje nosilaca i generisanje fotostruje.
Mogu
ć
e je demodulaciju razmatrati kao dodatan (4) korak.
g
j
j
( )
ƒ
Podela fotodetektora prema na
č
inu apsorpcije:
1. sopstveni (intristi
č
ni)
‐
detektuju svetlost blisku energetskom
procepu materijala
2. nesopstveni (ekstristi
č
ni)
‐
apsorpcija bazirana na akceptorsko
‐
donorskim
centrima
ili
na
prelazima
unutar
kvantno
p
konfiniranih struktura.
slajd
2
2009
©
Elektrotehni
č
ki
fakultet
©
Dr
Dejan
Gvozdi
ć
©
Fotodetektori
3.1
Fotodiode
d f
d d
Princip rada fotodiode
ƒ
Fotodioda u osnovi predstavlja inverzno polarisan PN spoj.
ƒ
U slu
č
aju kada dioda nije osvetljena, struju kroz spoj
č
ini veoma
U slu
č
aju kada dioda nije osvetljena, struju kroz spoj
č
ini veoma
mala, inverzna struja zasi
ć
enja (
struja mraka
).
ƒ
Nakon osvetljavanja diode svetloš
ć
u talasne dužine koja odgovara
energetskom procepu poluprovodnika od koga je sa
č
injen
energetskom procepu poluprovodnika od koga je sa
č
injen
fotodetektor, dolazi do apsorpcije fotona i generacije para elektron
‐
šupljina. Proces apsorpcije se dominantno odvija u oblasti
prostornog to ara in er no polarisanog PN spoja Usled postojanja
prostornog tovara inverzno polarisanog PN spoja. Usled postojanja
ugra
đ
enog elektri
č
nog polja, parovi elektron
‐
šupljina nastali
procesom fotogeneracije u oblasti prostornog tovara se razdvajaju i
f
i j
t j k j t
č
d N k P t
i k
PN
j O
t j
formiraju struju koja te
č
e od N ka P strani kroz PN spoj. Ova struja
predstavlja komponentu inverzne struje kroz PN spoj i naziva se
fotostruja
.
slajd
4
2009
©
Elektrotehni
č
ki
fakultet
©
Dr
Dejan
Gvozdi
ć
©
Fotodetektori
3.1
Fotodiode
Pri tome se, tako
đ
e, može pretpostaviti da je usled jakog elektri
č
nog
polja drift nosilaca intenzivan. Transport nosilaca se u tom slu
č
aju
odvija dovoljno brzo da je uticaj rekombinacije nosilaca zanemarljiv.
j
j
j
j
j
j
ƒ
Na osnovu prethodnog razmatranja može se do
ć
i do relacije
∫
=
W
dx
x
G
qA
I
)
(
(3 1)
Ako se pretpostavi da je
G
L
(
x
)
odre
đ
eno uniformnom raspodelom
stvorenih parova elektron šupljina (
G
(
x
) =
const
) fotostruja u
∫
=
L
WL
dx
x
G
qA
I
0
)
(
(3.1)
stvorenih parova elektron
‐
šupljina (
G
L
(
x
) =
const
), fotostruja u
oblasti osiromašenja data je izrazom:
W
qAG
I
=
(3 2)
Kako se elektroni i šupljine koji doprinose struji
I
WL
kre
ć
u usled
i
t
j k
l kt i
č
lj
d i
j
b
W
qAG
I
L
WL
=
(3.2)
prisustva jakog elektri
č
nog polja, odziv je veoma brz, a ova
komponenta struje se naziva
brza fotostruja
.
slajd
7
2009
©
Elektrotehni
č
ki
fakultet
©
Dr
Dejan
Gvozdi
ć
©
Fotodetektori
