ប្រភេទនៃរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ

ប្រភេទនៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺរចនាសម្ព័ន្ធ
ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺគឺជាឧបករណ៍ដែលបំលែងសញ្ញាអុបទិកទៅជាសញ្ញាអគ្គិសនី។ រចនាសម្ព័ន្ធ និងភាពខុសគ្នារបស់វា អាចបែងចែកជាចម្បងទៅជាប្រភេទដូចខាងក្រោម៖
(1) ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺដែលដឹកនាំដោយពន្លឺ
នៅពេលដែលឧបករណ៍ photoconductive ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងពន្លឺ ឧបករណ៍ផ្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺបង្កើនចរន្តអគ្គិសនីរបស់វា និងបន្ថយភាពធន់របស់វា។ ឧបករណ៍ផ្ទុកដែលរំភើបនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ផ្លាស់ទីក្នុងទិសដៅមួយក្រោមសកម្មភាពនៃដែនអគ្គិសនី ដូច្នេះបង្កើតចរន្ត។ ក្រោមលក្ខខណ្ឌពន្លឺ អេឡិចត្រុងត្រូវបានរំភើប ហើយការផ្លាស់ប្តូរកើតឡើង។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ពួកវារសាត់ក្រោមសកម្មភាពនៃដែនអគ្គិសនី ដើម្បីបង្កើតជាចរន្តអគ្គិសនី។ ឧបករណ៍ផ្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺជាលទ្ធផលបង្កើនចរន្តអគ្គិសនីរបស់ឧបករណ៍ ហើយដូច្នេះកាត់បន្ថយភាពធន់។ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា photoconductive ជាធម្មតាបង្ហាញពីការកើនឡើងខ្ពស់ និងការឆ្លើយតបដ៏អស្ចារ្យក្នុងការអនុវត្ត ប៉ុន្តែពួកវាមិនអាចឆ្លើយតបទៅនឹងសញ្ញាអុបទិកប្រេកង់ខ្ពស់បានទេ ដូច្នេះល្បឿនឆ្លើយតបគឺយឺត ដែលកំណត់ការអនុវត្តឧបករណ៍ photoconductive ក្នុងទិដ្ឋភាពមួយចំនួន។

(២)ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ PN
ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ PN ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយការប៉ះគ្នារវាងសម្ភារៈ semiconductor ប្រភេទ P និងសម្ភារៈ semiconductor ប្រភេទ N។ មុនពេលការប៉ះគ្នាត្រូវបានបង្កើតឡើង សម្ភារៈទាំងពីរស្ថិតនៅក្នុងស្ថានភាពដាច់ដោយឡែកពីគ្នា។ កម្រិត Fermi នៅក្នុង semiconductor ប្រភេទ P គឺនៅជិតគែមនៃក្រុម valence ខណៈពេលដែលកម្រិត Fermi នៅក្នុង semiconductor ប្រភេទ N គឺនៅជិតគែមនៃក្រុម conduction។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ កម្រិត Fermi នៃសម្ភារៈប្រភេទ N នៅគែមនៃក្រុម conduction ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរចុះក្រោមជាបន្តបន្ទាប់រហូតដល់កម្រិត Fermi នៃសម្ភារៈទាំងពីរស្ថិតនៅក្នុងទីតាំងដូចគ្នា។ ការផ្លាស់ប្តូរទីតាំងនៃក្រុម conduction និងក្រុម valence ក៏ត្រូវបានអមដោយការពត់កោងនៃក្រុមផងដែរ។ ចំណុចប្រសព្វ PN ស្ថិតនៅក្នុងលំនឹង និងមានកម្រិត Fermi ឯកសណ្ឋាន។ ពីទិដ្ឋភាពនៃការវិភាគឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុក ឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកភាគច្រើននៅក្នុងសម្ភារៈប្រភេទ P គឺជារន្ធ ខណៈពេលដែលឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកភាគច្រើននៅក្នុងសម្ភារៈប្រភេទ N គឺជាអេឡិចត្រុង។ នៅពេលដែលសម្ភារៈទាំងពីរមានទំនាក់ទំនងគ្នា ដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃកំហាប់ឧបករណ៍ផ្ទុក អេឡិចត្រុងនៅក្នុងសម្ភារៈប្រភេទ N នឹងសាយភាយទៅប្រភេទ P ខណៈពេលដែលអេឡិចត្រុងនៅក្នុងសម្ភារៈប្រភេទ N នឹងសាយភាយក្នុងទិសដៅផ្ទុយទៅនឹងរន្ធ។ ផ្ទៃដែលមិនត្រូវបានទូទាត់សងដែលបន្សល់ទុកដោយការសាយភាយនៃអេឡិចត្រុង និងរន្ធនឹងបង្កើតជាដែនអគ្គិសនីដែលភ្ជាប់មកស្រាប់ ហើយដែនអគ្គិសនីដែលភ្ជាប់មកស្រាប់នឹងមាននិន្នាការរសាត់របស់ឧបករណ៍ផ្ទុក ហើយទិសដៅនៃការរសាត់គឺផ្ទុយពីទិសដៅនៃការសាយភាយ ដែលមានន័យថាការបង្កើតដែនអគ្គិសនីដែលភ្ជាប់មកស្រាប់ការពារការសាយភាយរបស់ឧបករណ៍ផ្ទុក ហើយមានទាំងការសាយភាយ និងរសាត់នៅខាងក្នុងចំណុចប្រសព្វ PN រហូតដល់ចលនាទាំងពីរប្រភេទមានតុល្យភាព ដូច្នេះលំហូរឧបករណ៍ផ្ទុកឋិតិវន្តគឺសូន្យ។ តុល្យភាពថាមវន្តខាងក្នុង។
នៅពេលដែលចំណុចប្រសព្វ PN ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងវិទ្យុសកម្មពន្លឺ ថាមពលនៃហ្វូតុងត្រូវបានផ្ទេរទៅឧបករណ៍ផ្ទុក ហើយឧបករណ៍ផ្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺ ពោលគឺគូរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតដោយពន្លឺ ត្រូវបានបង្កើត។ ក្រោមសកម្មភាពនៃដែនអគ្គិសនី ការរសាត់អេឡិចត្រុង និងរន្ធទៅកាន់តំបន់ N និងតំបន់ P រៀងៗខ្លួន ហើយការរសាត់ទិសដៅនៃឧបករណ៍ផ្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺបង្កើតចរន្តពន្លឺ។ នេះគឺជាគោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺចំណុចប្រសព្វ PN។

(៣)ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព PIN
ហ្វូតូឌីយ៉ូដម្ជុលគឺជាសម្ភារៈប្រភេទ P និងសម្ភារៈប្រភេទ N រវាងស្រទាប់ I ស្រទាប់ I នៃសម្ភារៈជាទូទៅគឺជាសម្ភារៈខាងក្នុង ឬសម្ភារៈដែលមានកម្រិតដូបទាប។ យន្តការធ្វើការរបស់វាគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងចំណុចប្រសព្វ PN នៅពេលដែលចំណុចប្រសព្វ PIN ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងវិទ្យុសកម្មពន្លឺ ហ្វូតុងផ្ទេរថាមពលទៅអេឡិចត្រុង បង្កើតជាសារធាតុផ្ទុកបន្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺ ហើយដែនអគ្គិសនីខាងក្នុង ឬដែនអគ្គិសនីខាងក្រៅនឹងបំបែកគូរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតដោយពន្លឺនៅក្នុងស្រទាប់ថយចុះ ហើយសារធាតុផ្ទុកបន្ទុកដែលរសាត់នឹងបង្កើតចរន្តនៅក្នុងសៀគ្វីខាងក្រៅ។ តួនាទីដែលដើរតួដោយស្រទាប់ I គឺដើម្បីពង្រីកទទឹងនៃស្រទាប់ថយចុះ ហើយស្រទាប់ I នឹងក្លាយជាស្រទាប់ថយចុះទាំងស្រុងនៅក្រោមវ៉ុលលំអៀងធំ ហើយគូរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតនឹងត្រូវបានបំបែកយ៉ាងឆាប់រហ័ស ដូច្នេះល្បឿនឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺចំណុចប្រសព្វ PIN ជាទូទៅលឿនជាងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាចំណុចប្រសព្វ PN។ សារធាតុផ្ទុកនៅខាងក្រៅស្រទាប់ I ក៏ត្រូវបានប្រមូលដោយស្រទាប់ថយចុះតាមរយៈចលនាសាយភាយ បង្កើតជាចរន្តសាយភាយ។ កម្រាស់នៃស្រទាប់ I ជាទូទៅគឺស្តើងណាស់ ហើយគោលបំណងរបស់វាគឺដើម្បីបង្កើនល្បឿនឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា។

(៤)ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APDហ្វូតូឌីយ៉ូត​ព្រិល​ធ្លាក់
យន្តការនៃហ្វូតូឌីយ៉ូត​ព្រិល​ធ្លាក់គឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងចំណុចប្រសព្វ PN។ ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ប្រើចំណុចប្រសព្វ PN ដែលមានសារធាតុដូបច្រើន វ៉ុលប្រតិបត្តិការដែលផ្អែកលើការរកឃើញ APD គឺធំ ហើយនៅពេលដែលលំអៀងបញ្ច្រាសធំត្រូវបានបន្ថែម អ៊ីយ៉ូដប៉ះទង្គិច និងគុណនឹង avalanche នឹងកើតឡើងនៅខាងក្នុង APD ហើយដំណើរការរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាត្រូវបានបង្កើន photocurrent។ នៅពេលដែល APD ស្ថិតនៅក្នុងរបៀបលំអៀងបញ្ច្រាស ដែនអគ្គិសនីនៅក្នុងស្រទាប់ depletion នឹងខ្លាំង ហើយសារធាតុផ្ទុក photogenerated ដែលបង្កើតដោយពន្លឺនឹងត្រូវបានបំបែកយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងរសាត់យ៉ាងលឿននៅក្រោមសកម្មភាពនៃដែនអគ្គិសនី។ មានប្រូបាប៊ីលីតេដែលអេឡិចត្រុងនឹងបុកចូលទៅក្នុង lattice ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការនេះ ដែលបណ្តាលឱ្យអេឡិចត្រុងនៅក្នុង lattice ត្រូវបាន ionized។ ដំណើរការនេះត្រូវបានធ្វើម្តងទៀត ហើយអ៊ីយ៉ុង ionized នៅក្នុង lattice ក៏ប៉ះទង្គិចជាមួយ lattice បណ្តាលឱ្យចំនួននៃសារធាតុផ្ទុកបន្ទុកនៅក្នុង APD កើនឡើង ដែលបណ្តាលឱ្យមានចរន្តធំ។ វាគឺជាយន្តការរូបវន្តតែមួយគត់នៅក្នុង APD ដែលឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលមានមូលដ្ឋានលើ APD ជាទូទៅមានលក្ខណៈនៃល្បឿនឆ្លើយតបលឿន ការឡើងតម្លៃចរន្តធំ និងភាពរសើបខ្ពស់។ បើប្រៀបធៀបជាមួយចំណុចប្រសព្វ PN និងចំណុចប្រសព្វ PIN បំពង់ APD មានល្បឿនឆ្លើយតបលឿនជាងមុន ដែលជាល្បឿនឆ្លើយតបលឿនបំផុតក្នុងចំណោមបំពង់រសើបពន្លឺបច្ចុប្បន្ន។

(5) ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺចំណុចប្រសព្វ Schottky
រចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាននៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ Schottky គឺជាឌីយ៉ូត Schottky ដែលលក្ខណៈអគ្គិសនីរបស់វាស្រដៀងនឹងចំណុចប្រសព្វ PN ដែលបានពិពណ៌នាខាងលើ ហើយវាមានចរន្តអគ្គិសនីទិសដៅឯកតោភាគីជាមួយនឹងចរន្តវិជ្ជមាន និងការកាត់ផ្តាច់បញ្ច្រាស។ នៅពេលដែលលោហៈដែលមានមុខងារការងារខ្ពស់ និងស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលមានមុខងារការងារទាបបង្កើតទំនាក់ទំនង របាំង Schottky ត្រូវបានបង្កើតឡើង ហើយចំណុចប្រសព្វលទ្ធផលគឺជាចំណុចប្រសព្វ Schottky។ យន្តការសំខាន់គឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងចំណុចប្រសព្វ PN ដោយយកស៊ីមីកុងដុកទ័រប្រភេទ N ជាឧទាហរណ៍ នៅពេលដែលវត្ថុធាតុពីរបង្កើតទំនាក់ទំនង ដោយសារតែកំហាប់អេឡិចត្រុងខុសគ្នានៃវត្ថុធាតុទាំងពីរ អេឡិចត្រុងនៅក្នុងស៊ីមីកុងដុកទ័រនឹងសាយភាយទៅផ្នែកលោហៈ។ អេឡិចត្រុងដែលសាយភាយប្រមូលផ្តុំជាបន្តបន្ទាប់នៅចុងម្ខាងនៃលោហៈ ដោយហេតុនេះបំផ្លាញអព្យាក្រឹតភាពអគ្គិសនីដើមនៃលោហៈ បង្កើតជាដែនអគ្គិសនីដែលភ្ជាប់មកជាមួយពីស៊ីមីកុងដុកទ័រទៅលោហៈនៅលើផ្ទៃទំនាក់ទំនង ហើយអេឡិចត្រុងនឹងរសាត់នៅក្រោមសកម្មភាពនៃដែនអគ្គិសនីខាងក្នុង ហើយចលនាសាយភាយ និងរសាត់របស់ឧបករណ៍ផ្ទុកនឹងត្រូវបានអនុវត្តក្នុងពេលដំណាលគ្នា បន្ទាប់ពីរយៈពេលមួយដើម្បីឈានដល់លំនឹងថាមវន្ត ហើយទីបំផុតបង្កើតជាចំណុចប្រសព្វ Schottky។ ក្រោមលក្ខខណ្ឌពន្លឺ តំបន់របាំងស្រូបយកពន្លឺដោយផ្ទាល់ ហើយបង្កើតគូរន្ធអេឡិចត្រុង ខណៈពេលដែលឧបករណ៍ផ្ទុកពន្លឺដែលបង្កើតដោយពន្លឺនៅខាងក្នុងចំណុចប្រសព្វ PN ត្រូវឆ្លងកាត់តំបន់សាយភាយដើម្បីទៅដល់តំបន់ប្រសព្វ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយចំណុចប្រសព្វ PN ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺដែលផ្អែកលើចំណុចប្រសព្វ Schottky មានល្បឿនឆ្លើយតបលឿនជាង ហើយល្បឿនឆ្លើយតបអាចឈានដល់កម្រិត ns ទៀតផង។