광검출기

Photodetector
CD-ROM 드라이브에서 꺼낸 광검출기.포토 검출기에는, 포토 다이오드가 3개(가운데) 포함되어 있습니다.

광센서라고도 불리는 광검출기는 빛이나 다른 전자기 [1]방사선의 센서이다.광검출기는 광전 또는 광화학 효과와 같은 검출 메커니즘이나 스펙트럼 응답과 같은 다양한 성능 메트릭에 의해 분류될 수 있다.일반적으로 반도체 기반 광검출기에는 광 광자를 전류로 변환하는 p-n 접합부가 있다.흡수된 광자는 고갈 영역에 전자-공 쌍을 형성한다.포토 다이오드와 포토 트랜지스터는 광검출기의 몇 가지 예입니다.태양 전지는 흡수된 빛 에너지의 일부를 전기에너지로 변환한다.


종류들

광학 연구에 사용되는 상용 증폭 광검출기

광검출기는 [2][unreliable source?][3][4]검출 메커니즘에 따라 분류할 수 있습니다.

  • 광방출 또는 광전 효과:광자는 물질의 전도 대역에서 전자를 전환시켜 진공 또는 기체에서 전자를 자유롭게 합니다.
  • 온도:광자는 전자를 중간 간격 상태로 전환시킨 후 낮은 대역으로 다시 붕괴시켜 포논 생성과 열을 유발합니다.
  • 편광:광자는 적절한 물질의 편광 상태의 변화를 유발하며, 이는 굴절률의 변화나 다른 편광 효과를 초래할 수 있다.
  • 광화학:광자는 물질에 화학적 변화를 일으킨다.
  • 약한 상호작용 효과: 광자는 광자[5][6] 항력 검출기 또는 골레이 세포의 가스 압력 변화와 같은 2차 효과를 유도한다.

광검출기는 다양한 구성으로 사용될 수 있습니다.하나의 센서로 전체적인 조도를 검출할 수 있습니다.분광광도계 또는 라인 스캐너와 같이 1차원 광검출기 어레이를 사용하여 선을 따라 빛의 분포를 측정할 수 있습니다.광검출기의 2차원 어레이를 이미지 센서로서 사용해, 그 앞의 빛의 패턴으로부터 화상을 형성할 수 있다.

광검출기 또는 어레이는 일반적으로 조명창으로 덮여 있으며 때로는 반사방지 코팅이 되어 있습니다.

특성.

광검출기를 특성화하고 비교하는[2][3] 성능 지표가 다수 있으며, 이를 수치라고도 한다.

  • 스펙트럼 응답:광자 주파수의 함수로서의 광검출기의 반응.
  • 양자 효율:광자당 생성되는 반송파(전자 또는 홀)의 수.
  • 응답성:광검출기에 떨어지는 총 광전력으로 나눈 출력 전류.
  • 소음 등가 전력:디바이스의 노이즈와 동등한 크기의 신호를 생성하는 데 필요한 광전력량.
  • 검출성:검출기 영역의 제곱근을 노이즈 등가 전력으로 나눈 값.
  • 이득: 광검출기의 출력 전류를 검출기에 입사한 광자에 의해 직접 생성된 전류로 나눈 값(즉, 내장된 전류 이득)입니다.
  • 암전류:빛이 없어도 광검출기를 통해 흐르는 전류.
  • 응답 시간:광검출기가 최종 출력의 10%에서 90%까지 가는 데 필요한 시간입니다.
  • 소음 스펙트럼:주파수의 함수로서의 고유 노이즈 전압 또는 전류.이는 소음 스펙트럼 밀도의 형태로 나타낼 수 있다.
  • 비선형성:RF 출력은 광검출기의[7] 비선형성에 의해 제한됩니다.

장치들

광검출기는 메커니즘별로 분류되며 다음과 같은 장치가 포함됩니다.

광방전 또는 광전

  • 가스 이온화 검출기는 가스 원자 또는 분자를 이온화하기에 충분한 에너지를 가진 광자와 입자를 검출하기 위해 실험 입자 물리학에서 사용됩니다.이온화에 의해 발생하는 전자와 이온은 측정할 수 있는 전류를 발생시킨다.
  • 광전자 증배관은 조명 시 전자를 방출하는 광음극을 포함하고 있으며, 그 후 다이노드의 사슬에 의해 전자가 증폭된다.
  • 광전극이 포함된 광튜브로, 광강도에 비례하는 전류를 통전하도록 조명 시 전자를 방출합니다.
  • 마이크로채널 플레이트 검출기는 다공질 유리기판을 전자 증배 기구로 사용한다.위에서 설명한 광전자 증배기와 같은 광음극과 조합하여 다공질 유리 기판을 다이노드 스테이지로 사용할 수 있습니다.

반도체

  • Active-Pixel Sensor(APS; 액티브픽셀 센서)는 이미지 센서입니다.APS는 보통 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 프로세스로 제조되며 CMOS 이미지 센서로도 알려져 있으며 휴대전화 카메라, 웹 카메라 및 일부 DSLR에서 일반적으로 사용됩니다.
  • 액체 질소의 냉각이 필요한 다른 물질(특히 게르마늄)과는 달리 카드뮴 텔루라이드 방사선 검출기는 상온에서 직접 변환(또는 광전도) 모드로 작동할 수 있습니다.Cd와 Te의 원자 번호가 높기 때문에 X선과 감마선에 대한 높은 민감도와 섬광기 검출기보다 더 나은 에너지 분해능이 상대적인 장점이다.
  • 전하결합소자(CCD)는 천문학, 디지털 사진 및 디지털 촬영에서 이미지를 기록하는 데 사용되는 이미지 센서입니다.1990년대 이전에는 사진판이 천문학에서 가장 흔했다.Astro-E2와 같은 차세대 천문 기구는 극저온 검출기를 포함한다.
  • HgCdTe 적외선 검출기검출은 충분한 에너지의 적외선 광자가 원자가대에서 전도대로 전자를 걷어차면 발생한다.이러한 전자는 적절한 외부 판독 집적회로(ROIC)에 의해 수집되어 전기 신호로 변환됩니다.
  • 포토다이오드로서 기능하도록 역편향되어 있는 LED.LED를 포토다이오드 광센서로 참조해 주세요.
  • 광강도에 따라 저항이 변화하는 광레지스터 또는 광의존성 저항(LDR).일반적으로 LDR의 저항은 [8]빛의 강도가 높아짐에 따라 감소합니다.
  • 광전 모드 또는 광전도 [9][10]모드에서 작동할 수 있는 광다이오드.포토다이오드는 저소음 아날로그 전자제품과 조합되어 광전류를 디지털화할 [11][12]수 있는 전압으로 변환하는 경우가 많습니다.
  • 포토 트랜지스터, 포토 다이오드를 증폭시키는 역할을 합니다.
  • 핀형 포토 다이오드.저지연, 저노이즈, 고양자 효율, 저암전류를 가지는 포토 검출기 구조로, 대부분의 CCD 및 CMOS 이미지 [13]센서에서 널리 사용됩니다.
  • 가시 및 적외선 스펙트럼 영역의 파장을 처리할 수 있는 양자 도트 광전도체 또는 포토 다이오드.
  • 반도체 검출기는 감마선 및 X선 스펙트럼 분석 및 입자 [citation needed]검출기로 사용된다.
  • Silicon Drift Detector(SDD; 실리콘 드리프트 검출기)는 X선 방사선 검출기로, X선 분광기(EDS) 및 전자 현미경 검사(EDX)[14]에 사용됩니다.

태양광 발전

온도

  • 열량계는 온도에 의존하는 전기 저항을 가진 물질을 가열하여 입사한 전자기 방사선의 힘을 측정합니다.마이크로볼로미터는 열 카메라에서 검출기로 사용되는 특정 유형의 볼로미터입니다.
  • 극저온 검출기는 단일 X선, 가시광선 및 적외선 [15]광자의 에너지를 측정할 수 있을 정도로 민감하다.
  • 열전 검출기는 광자가 발생하는 열과 이후 열전 물질에서 발생하는 전압을 통해 광자를 검출합니다.
  • 서모파일은 열을 통해 전자파 방사선을 감지한 다음 열전대에서 전압을 생성합니다.
  • 골레이 셀은 가스가 채워진 챔버에서 발생하는 열로 광자를 검출하여 가스가 팽창하고 휘어지는 것을 측정하여 유연한 막을 변형시킵니다.

광화학

  • 망막 내의 광수용체 세포는 예를 들어 로돕신 광자에 의해 유도되는 화학적 캐스케이드를 통해 빛을 검출한다.
  • 할로겐화은 분자가 금속은 원자와 할로겐 원자로 분할되는 사진판 등의 화학 검출기.사진 현상제는 인접한 분자를 비슷하게 분열시킵니다.

편광

그래핀/실리콘 광검출기

그래핀/n형 실리콘 헤테로 접합은 강한 정류 거동과 높은 광응답성을 보이는 것으로 입증되었다.그래핀은 벌크Si 위에 실리콘 양자점(Si QD)과 결합해 하이브리드 광검출기를 형성한다.Si QD는 광검출기의 광반사를 감소시키면서 그래핀/Si Shottky 접합부의 내장 전위를 증가시킨다.Si QD의 전기적 및 광학적 기여는 모두 광검출기의 [17]뛰어난 성능을 가능하게 한다.

주파수 범위

2014년에는 반도체 기반 광검출기의 주파수 범위를 더 길고 낮은 에너지 파장으로 확장하는 기술.장치에 광원을 추가하면 검출기가 효과적으로 "주력"을 발휘하여 긴 파장이 존재할 때 에너지가 부족한 파장에서 검출기가 발사되었다.[18]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Haugan, H. J.; Elhamri, S.; Szmulowicz, F.; Ullrich, B.; Brown, G. J.; Mitchel, W. C. (2008). "Study of residual background carriers in midinfrared InAs/GaSb superlattices for uncooled detector operation". Applied Physics Letters. 92 (7): 071102. Bibcode:2008ApPhL..92g1102H. doi:10.1063/1.2884264. S2CID 39187771.
  2. ^ a b Donati, S. "Photodetectors" (PDF). unipv.it. Prentice Hall. Retrieved 1 June 2016.
  3. ^ a b Yotter, R.A.; Wilson, D.M. (June 2003). "A review of photodetectors for sensing light-emitting reporters in biological systems". IEEE Sensors Journal. 3 (3): 288–303. Bibcode:2003ISenJ...3..288Y. doi:10.1109/JSEN.2003.814651.
  4. ^ Stöckmann, F. (May 1975). "Photodetectors, their performance and their limitations". Applied Physics. 7 (1): 1–5. Bibcode:1975ApPhy...7....1S. doi:10.1007/BF00900511. S2CID 121425624.
  5. ^ A. Grinberg, Anatoly; Luryi, Serge (1 July 1988). "Theory of the photon-drag effect in a two-dimensional electron gas". Physical Review B. 38 (1): 87–96. Bibcode:1988PhRvB..38...87G. doi:10.1103/PhysRevB.38.87. PMID 9945167.
  6. ^ Bishop, P.; Gibson, A.; Kimmitt, M. (October 1973). "The performance of photon-drag detectors at high laser intensities". IEEE Journal of Quantum Electronics. 9 (10): 1007–1011. Bibcode:1973IJQE....9.1007B. doi:10.1109/JQE.1973.1077407.
  7. ^ Hu, Yue (1 October 2014). "Modeling sources of nonlinearity in a simple pin photodetector". Journal of Lightwave Technology. 32 (20): 3710–3720. Bibcode:2014JLwT...32.3710H. CiteSeerX 10.1.1.670.2359. doi:10.1109/JLT.2014.2315740. S2CID 9882873.
  8. ^ "Photo Detector Circuit". oscience.info.
  9. ^ Pearsall, Thomas (2010). Photonics Essentials, 2nd edition. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5.
  10. ^ Paschotta, Dr. Rüdiger. "Encyclopedia of Laser Physics and Technology - photodetectors, photodiodes, phototransistors, pyroelectric photodetectors, array, powermeter, noise". www.rp-photonics.com. Retrieved 2016-05-31.
  11. ^ "PDA10A(-EC) Si Amplified Fixed Gain Detector User Manual" (PDF). Thorlabs. Retrieved 24 April 2018.
  12. ^ "DPD80 760nm Datasheet". Resolved Instruments. Retrieved 24 April 2018.
  13. ^ Fossum, E. R.; Hondongwa, D. B. (2014). "A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors". IEEE Journal of the Electron Devices Society. 2 (3): 33–43. doi:10.1109/JEDS.2014.2306412.
  14. ^ "Silicon Drift Detectors" (PDF). tools.thermofisher.com. Thermo Scientific.
  15. ^ Enss, Christian, ed. (2005). Cryogenic Particle Detection. Springer, Topics in applied physics 99. ISBN 978-3-540-20113-7.
  16. ^ Yuan, Hongtao; Liu, Xiaoge; Afshinmanesh, Farzaneh; Li, Wei; Xu, Gang; Sun, Jie; Lian, Biao; Curto, Alberto G.; Ye, Guojun; Hikita, Yasuyuki; Shen, Zhixun; Zhang, Shou-Cheng; Chen, Xianhui; Brongersma, Mark; Hwang, Harold Y.; Cui, Yi (1 June 2015). "Polarization-sensitive broadband photodetector using a black phosphorus vertical p–n junction". Nature Nanotechnology. 10 (8): 707–713. arXiv:1409.4729. Bibcode:2015NatNa..10..707Y. doi:10.1038/nnano.2015.112. PMID 26030655.
  17. ^ Yu, Ting; Wang, Feng; Xu, Yang; Ma, Lingling; Pi, Xiaodong; Yang, Deren (2016). "Graphene Coupled with Silicon Quantum Dots for High-Performance Bulk-Silicon-Based Schottky-Junction Photodetectors". Advanced Materials. 28 (24): 4912–4919. doi:10.1002/adma.201506140. PMID 27061073. S2CID 205267070.
  18. ^ Claycombe, Ann (2014-04-14). "Research finds "tunable" semiconductors will allow better detectors, solar cells". Rdmag.com. Retrieved 2014-08-24.

외부 링크