ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОПРИЕМНИКИ
Еще в 1850 году Антуан Сезар Беккерель обнаружил, что некоторые материалы генерируют ток под воздействием светового потока. Но понадобилось много времени вплоть до 1935 года прежде, чем была разработана квантовая теория конденсированных сред, которая могла удовлетворительно описать это явление. Тем не менее, несмотря на нехватку теоретических представлений об этих эмпирических наблюдениях, из этих материалов стали изготовляться фотоприемники, которые стали использоваться в фотографии и военных применениях, связанных с ИК - детектированием.
|
В основе фотодетектирования лежат оптически возбуждаемые переходы между двумя ансамблями квантовых уровней, одни из которых являются проводящими, а другие — изолирующими. Именно по этой причине полупроводниковые фотоприемники иногда называют квантовыми детекторами. В соответствии с рисунком 11.1 в разделах 11.3 и 11.4 рассматриваются фотоприемники типа (а) (фотопроводниковые и фотовольтаические приемники), в то время как раздел 11.5 посвящен фотоприемникам с внутренней фотоэмиссией, а раздел 11.6 рассматривает квантово-размерные фотоприемники типа (в). Мы увидим, что все эти типы фотоприемников обладают общей характеристикой. Их функциональные возможности (в частности, обнаружительная способность £)*, которая будет рассмотрена позже) изменяются с рабочей температурой как квадратный корень от е"''1'/*7’, где Ну — минимальная энергия детектируемых фотонов. |
|
<--------- О |
|
Рис. 11.1. Три типа квантового детектирования, основанные на межзонных переходах, генерирующих электронно-дырочные пары (а), внутренней фотоэмиссии выше потенциального барьера (б) и переходах из связанного состояния в континуум (в). |
|
(а) (б) (в) |
Общие фундаментальные принципы, лежащие в основе функционирования фотоприемников, иллюстрируются рис. 11.1. В отсутствие фотовозбуждения носители заряда в этих материалах не проводят ток в силу ряда причин: либо они находятся в зоне, где они не могут принимать участие в проводимости (например, в заполненной валентной зоне) (а), либо они блокированы потенциальным барьером (6) как в детекторе Шотки или же захвачены связанными квантовыми состояниями, как это, например, имеет место в примесных фотопроводниках или квантово-размерных фотоприемниках.
Мы увидим, что это может интерпретироваться и как утверждение: «если детектируются фотоны с энергией И у; то этот процесс будет сопровождаться и комбинацией фононов с такой же средней энергией».
