1. fotodetektorlar haqida umumiy tushuncha fotoelementlar va fotoeffekt fotoqabul qilgichlar

FOTOQABUL QILGICHLAR
Fotoqabulqilgichlarning xarakteristika va parametrlari ulardan foydalanish
nuqtayi nazaridan nafaqat yarimo‘tkazgich materialining turiga,
shuningdek, ularning tuzilish xususiyatlari, ish mexanizmiga ham
jiddiy ravishda bog‘liq bo‘ladi. p-n tuzilishli fotodiod konstmktiv jihatdan sodda, yetarli darajada katta tezkorlik (10 M 0 -9 sek) va sezgirlikka ega, xarakteristika va parametrlari barqaror, kam shovqinli fotoqabulqilgich
hisoblanadi. Bu turdagi fotoqabulqilgichlarning sezgirligi va tezkorhgini oshirish borasidagi izlanishlar o‘z vaqtida p-i-n tuzilishli
fotodiodlarning yaratilishiga olib keldi. Kiritmalar bilan kuchli tarzda (A'a, A/d»10l8H-1019 sm3) boyitilgan p va n sohalar orasiga joylashtirilgan bir necha o‘n mikrometr qalinlikdagi xususiy yarimo‘tkazgichli bu turdagi fotoqabulqilgichlar bir tomondan yorug‘lik oqimining to‘laroq yutilishini
ta'minlab, asbob sezgirligini 0,7h-0,8 A/W largacha oshirish, ikkinchi
tomondan elektr maydonining bu sohada vujudga kelgan kata kuchlanganligi hisobiga ekstraksiyalanuvchi noasosiy zaryad tashuvchilarning bu maydon orqali uchib o ‘tish vaqtining kamayishiga, ya’ni asbob tezkorligining 1 0 10 sek largacha erishishiga olib keladi. Shu sababdan p-i-n fotodiodlardan katta uzatish tezligiga ega bo‘lgan tolali optik tizimlarda keng foydalaniladi. Biroq bu
turdagi fotoqabulqilgichlar jiddiy bir kamchilikka ega. Ularning chiqish toki nisbatan juda kichik, uning qiymati bir necha yuz (400-500) mikroamperdan ortmaydi, integral sezgirligi esa, 0,7-0,8 A/W oraliqda yotadi. Bu hol p-i-n fotodiodlarda sodir bo‘ladigan fotoelektrik o‘zgarishlarda kvant samaradorligi, ya’ni bitta foton hisobiga hosil bo‘ladigan elektron-kovak juftlari o‘rtacha
sonining birdan kichikligi bilan bog‘liq. Bu hol p-i-n tuzilishli
fotoqabulqilgichni undan keyin keladigan elektron qurilmalar bilan
muvofiqlashtirish uchun bipolar yoki maydoniy tranzistorli kuchaytirgich kaskadlaridan foydalanish zaruratini tug‘diradi va ushbu optoelektron asbobning konstruktiv jihatdan murakkablashuviga olib keladi. Ichki kuchaytirish xususiyatiga ega bo‘lgan ko‘chkili fotodiodlar ushbu kamchilikni bartaraf etish imkonini beradi. Bu turdagi fotoqabulqilgichlar o'zlarining tuzilish xususiyatlari va ish mexanizmiga ko‘ra, ularning yorug‘likka sezgir sirtiga tushgan fotonlar
hisobiga hosil bo‘ladigan elektron-kovak juftlarini bir necha yuzlab
marta oshirish imkonini beradi. Natijada fotoqabulqilgichning sezgirligi bir necha tartib (30 — 60 A/W) ga ortadi. Chiqish tokening qiymati bir necha o ‘n mA ni tashkil etadi va shu tariqa kuchaytirgich kaskadlaridan foydalanish zarurati bartaraf etiladi. Shuni ta'kidlash joizki, ko'chkili fotodiodlarning tezkorligi, ularning elektrodlari o'lchamlari tegishli tarzda tayyorlanganida pi-n fotodiodlarning tezkorligidan unchalik farq qilmaydi. Zero, noasosiy zaryad tashuvchilarning kuchli elektr maydonidagi ekstraksiya jarayonidagi ko'chkili tarzda ko'payishi juda tez sur’at bilan sodir boiadi va asbobning relaksatsiya vaqtiga deyarli ta’sir etmaydi. Yuqorida qayd etilgan afzalliklar yuqori darajadagi sezgirlik, katta tezkorlik, chiqish tokini kuchaytirish zaruriyatining yo'qligi tufayli ko'chkili fotodiodlar zamonaviy magistral tolali optik
tizimlarda keng qo'llaniladi. Ulardan foydalanish axborot oqimining
tezligini 2,5 va hatto 10 Gbit/s largacha oshirish imkonini beradi.
Biroq ko‘chkili fotodiodlardan qabul qiluvchi optoelektron modulda
foydalanish bir qator muammolarni hal etishni talab etadi: bu turdagi fotoqabulqilgichlarda noasosiy zaryad tashuvchilarning ko‘chkili ko‘payishi jarayoni tasodifiy jarayonlar sirasiga kiradi. Shu sababdan ko‘chkili fotodiodlarning xarakteristika va param etrlari p-i-n fotodiodlarniki darajasida barqaror emas. Ko‘chkili fotodiodda sodir bo‘ladigan jarayonlarda nafaqat signal, balki, shovqin sathi ham kuchayadi. Tadqiqotlar shovqin sathi
signalga nisbatan kuchliroq sur’atda kuchayishini ko‘rsatadi.
Shunday qilib, ko‘chkili fotodiod shovqin darajasi katta fotoqabulqilgich hisoblanadi; ko‘chkili fotodiodlar p-i-n fotodiodlarga qaraganda yuqori
ishchi kuchlanishini talab etadi. Bu esa kerakli ishchi kuchlanish
bilan talminlovchi maxsus elektr zanjirlarni, shuningdek, harorat
o‘zgarishlariga nisbatan barqarorlikni ta ’minlovchi tizimlarning qo‘llanihshini talab etadi. Ushbu bobda ichki kuchaytirish xususiyatiga ega bo‘lgan fotoqabulqilgichlarning yana bir turi bipolar tranzistorlar asosidagi
fototranzistorlaming ish mexanizmi, xarakteristika va parametrlari
ham ko‘rib chiqildi. Bu turdagi fototranzistorlarning chiqish xarakteristikalari bipolar tranzistorlarning shu turdagi xarakteristikalariga o‘xshash ko‘rinishga ega. Yorug‘lik oqimi tarkibidagi fotonlarning ushbu asbob bazasi va kollektor o‘tishi sohasidagi yutilishi, natijada hosil bo‘lgan elektron-kovak juftlarining ko‘payishi bilan bog'liq bo‘lgan elektron jarayonlar, undan oqib o'tadigan tok qiymatini p-i-n fotodioddagiga nisbatan yuzlab marta oshirish imkonini beradi.
Shu sababdan fototranzistorlarning sezgirligi bir necha o‘n W ni
tashkil etadi. Biroq fototranzistorlarning tezkorligi p-i-n va ko'chkili fotodiodlarniki qadar yuqori emas. Ulardan ko‘pi bilan bir necha o‘n MHz. li modulyatsiya chastotalaridan foydalanish mumkin. Shu sababdan ulardan yuqori uzatish tezligi talab etilmaydigan tolali optik aloqa tizimlaridagina foydalanish mumkin.