Athraíonn fótabhraiteadóir (PD) faighteoptúilcomharthaí go comharthaí leictreacha, rud a chríochnóidh an tiontú comhartha optúil go-leictreach. Is iad na bunriachtanais le haghaidh PD:
1) Tá freagracht ard a dhóthain aige ar thonnfhad oibriúcháin an chórais, rud a chiallaíonn gur féidir leis an bhfótashruth is mó is féidir a aschur do chumhacht solais teagmhais ar leith.
2) Tá luas freagartha tapa go leor aige, atá oiriúnach do chórais ardluais nó leathanbhanda.
3) Tá an torann is ísle aige chun tionchar an fheiste ar an comhartha a íoslaghdú.
4) Gné siad méid beag agus saol oibriúcháin fada.
Faoi láthair, tá dhá fhóta-bhrathadóir leathsheoltóra a úsáidtear go coitianta: fóta-óid PIN (PIN-PDs) agus fóta-bhathóidí maolánacha (APDanna). Tugann an t-alt seo isteach go príomha na prionsabail, táscairí feidhmíochta, agus dhá chineál photodetectors a úsáidtear go coitianta.
Prionsabal na brathadóirí grianghraf
Úsáideann fótabhraiteoirí éifeacht fhótaileictreach na n-ábhar leathsheoltóra chun comhshó fótaileictreach a bhaint amach. Léirítear éifeacht fhótaileictreach na n-ábhar leathsheoltóra san fhíor thíos.
Nuair a bhíonn fuinneamh hv an fhótóin eachtra níos lú ná an bhearna banna E, ní tharlóidh an éifeacht fhótaileictreach beag beann ar dhéine an tsolais eachtra. Is é sin, ní mór an coinníoll seo a leanas a chomhlíonadh chun go dtarlóidh an éifeacht fhótaileictreach:
I bhfocail eile, ní féidir le solas teagmhais le minicíocht v < E/h an iarmhairt fhótaileictreach a tháirgeadh. V a thiontú go tonnfhad, λc=hc/E. Is é sin, ní féidir ach le solas teagmhais le tonnfhad λ < λc iompróirí fóta-ghinte a ghiniúint san ábhar seo. Dá bhrí sin, is é λc an tonnfhad uasta solais teagmhais a theastaíonn chun an éifeacht fhótaileictreach a tháirgeadh, ar a dtugtar an tonnfhad gearrtha freisin, agus is é an v comhfhreagrach a dtugtar an minicíocht scoite. Ginfidh gach fótón a ionsúnn ábhar leathsheoltóra péire poll leictreon. Má chuirtear réimse leictreach i bhfeidhm ar an ábhar leathsheoltóra, rachaidh an péire poll leictreon tríd an ábhar leathsheoltóra, ag cruthú srutha fótaileictreach.
Chomh maith le tonnfhad scoite a bheith aige, laghdaítear éifeachtúlacht chomhshó an fhóta-óid nuair a bhíonn an tonnfhad solais teagmhais ró-ghearr. I bhfóta-óid, déantar fótóin theagmhasacha a ionsú, ag giniúint péirí poll leictreoin. Nuair a bhíonn an fad x=0, is é P(0) an chumhacht optúil. Tar éis achar x, is é an chumhacht optúil ionsúite ná:
Sa fhoirmle, is é (λ) comhéifeacht ionsú an ábhair, arb é feidhm tonnfhad é.
Nuair a bhíonn an tonnfhad solais teagmhais an-ghearr, tá comhéifeacht ionsú an ábhair an-mhór. Mar thoradh air sin, ionsúitear líon mór fótón ag dromchla an fhótai-óid, rud a chruthaíonn réimse réimse nialasach. Caithfidh na péirí leictreoin a ghintear anseo idirleathadh chuig an gciseal ídithe ar dtús sula mbaileofar iad ag an gciorcad seachtrach. Mar sin féin, sa réigiún seo, tá saolréanna an-ghearr ag iompróirí mionlaigh agus idirleata go han-mhall, ag athcheangal go minic sula mbailítear iad. Laghdaíonn sé seo éifeachtacht an photodetector. Dá bhrí sin, tá raon freagartha tonnfhad ar leith ag fótadiodes déanta as ábhair áirithe. Mar shampla, is é 0.5–10 μm raon freagartha tonnfhad na bhfótaidh-óid Si, agus is é 1.1–1.6 μm raon freagartha tonnfhaid na bhfótadiodes InGaAs.
Tréithe brathadóirí fótagrafaí
éifeachtúlacht chandamach
Tá líon mór fótón i solas teagmhais (cumhacht P). Is é an éifeachtúlacht chandamach a thugtar ar an gcóimheas idir líon na bhfótón is féidir a thiontú go fóta-shruth le líon iomlán na bhfótón teagmhasach, a ríomhtar de réir na foirmle seo a leanas:
San fhoirmle, is é an lucht leictreon,=1.6 × 10⁻¹ céim ; Is é I an fótavoltach a ghintear; h is tairiseach Planck é; agus is é v minicíocht an fhótóin. Tá an éifeachtúlacht chandamach idir 50% agus 90%.
Más é r frithchaiteacht an dromchla teagmhais, agus nach féidir na péirí poll leictreon a ghintear sa chiseal dromchla réimse náid-leictreach- a thiontú go fóta-shruth go héifeachtach, agus is é P(0 an chumhacht solais teagmhais), ansin is é an fóta-shruth:
San fhoirmle, is é comhéifeacht ionsú an réigiúin réimse náid agus an ciseal ídiú, is é an tiús atá ag an réigiún náid, agus is é leithead na ciseal ídiú. Is é an éifeachtúlacht ansin:
freagrúlacht
Tugtar Freagracht (arna thomhas in A/W) ar an gcóimheas idir chumhacht fóta-shrutha agus solas teagmhais i bhfótabhraite.
Léiríonn an tréith seo éifeachtacht an fhóta-bhrathadóir maidir le comharthaí optúla a thiontú ina gcomharthaí leictreacha. Tá luachanna tipiciúla do R raon ó 0.5 go 1.0 A/W. Mar shampla, is é 0.65 A/W an luach R le haghaidh fótabhraite Si ag tonnfhad 900 nm; is é an luach R le haghaidh fótabhraite Ge ná 0.45 A/W (ag 1300 nm); agus is é 0.9 A/W ag 1300 nm agus 1.0 A/W ag 1550 nm freagracht InGaAs.
Maidir le tonnfhad tugtha, is tairiseach é an fhreagracht, ach níl sé tairiseach nuair a bhíonn raon mór tonnfhaid á bhreithniú. De réir mar a mhéadaíonn tonnfhad an tsolais eachtra, laghdaítear fuinneamh na bhfótón teagmhais, agus nuair a bhíonn sé níos lú ná an bandgap, titeann an fhreagracht go tapa ag an tonnfhad gearrtha.
Speictream freagartha
D'fhonn iompróirí fóta-ghinte a ghiniúint, caithfidh fuinneamh an fhótóin eachtra a bheith níos mó ná bandgap an ábhair fhóta-bhraiteora. Is féidir an coinníoll seo a chur in iúl mar seo a leanas:
San fhoirmle, is é λ an tonnfhad gearrtha.
I bhfocail eile, maidir le hábhar braite leathsheoltóra áirithe, ní féidir ach solas le tonnfhaid níos giorra ná an tonnfhad gearrtha a bhrath, agus athraíonn éifeachtacht chandamach an bhrathadóra de réir an tonnfhad; tugtar an speictream freagartha ar an saintréith seo. Dá bhrí sin, nach bhfuil photodetectors uilíoch, agus an speictream freagartha na n-ábhar éagsúla difriúil. I measc na n-ábhar leathsheoltóra fhótaileictreach a úsáidtear go coitianta tá Si, Ge, InGaAs, InGaAsP, agus GaAsP, agus taispeántar a speictream freagartha i bhFíor x.
Am freagartha
Go hiondúil cuirtear an ráta ag a leanann an fóta-shruth ginte ag fóta-óid an comhartha solais teagmhais mar am freagartha. Is paraiméadar é an t-am freagartha a léiríonn cumas an bhrathadóra fóta-bhraite freagairt do chomharthaí solais neamhbhuan nó ardluais mhodhnaithe. Bíonn tionchar ag na trí fhachtóir seo a leanas go príomha air:
1) Am idirthurais na bhfóta-iompróirí sa réigiún ídiú.
2) Am idirleathadh na bhfóta-iompróirí a ghintear lasmuigh den réigiún ídiú.
3) Tairiseach ama RC an fhóta-óid agus an ciorcadra a bhaineann leis.
Is féidir an t-am freagartha a chur in iúl mar an t-am ardú agus an t-am titim de chuisle aschuir fóta-bhrathadóir. Nuair a bhíonn toilleas acomhal an photodiode sách beag, tá an t-am ardú agus an t-am titim gearr agus réasúnta comhsheasmhach; nuair a bhíonn toilleas acomhal an photodiode sách mór, tá an t-am freagartha teoranta ag an tairiseach ama RC déanta ag an friotaíocht ualach agus toilleas acomhal, a eascraíonn i amanna ardú agus titim níos faide.
Go ginearálta, soláthraíonn sonraíochtaí teicniúla photodetectors an t-am ardú. Maidir le fóta-óid PIN, is é an t-am ardú t0go hiondúil<1 ns; for APDs, this value is less than 0.5 ns.
Sruth dorcha
Tagraíonn sruth dorcha don sruth i bhfóta-bhrathadóir nuair nach bhfuil aon solas teagmhais ann. Cé nach bhfuil aon solas teagmhais ann, ag teocht áirithe, is féidir le fuinneamh teasa seachtrach roinnt muirear saor in aisce a ghiniúint sa réigiún ídiú. Sreabhann na muirir seo faoi thionchar voltais claonta droim ar ais, a fhoirmíonn sruth dorcha. Ar ndóigh, dá airde an teocht, is amhlaidh is mó leictreoin a sceitimíní ar an teocht, agus is amhlaidh is mó an sruth dorcha. Le haghaidh fóta-óid PIN, bíodh an sruth dorcha ag teocht T mar I(T). Nuair a ardaíonn an teocht go T, ansin:
San fhoirmle, is tairiseach eimpíreach é C, agus C=8 do Si fóta-óid.
Is é an sruth dorcha a chinneann an chumhacht optúil íosta inbhraite ar deireadh thiar, arb é íogaireacht an fhótadiode.
Ag brath ar an ábhar leathsheoltóra a úsáidtear, athraíonn an sruth dorcha idir 0.1 agus 500 NA.
