Hvordan en foton bliver til fire ladningsbærere

I fotomultiplikation kan en foton faktisk generere flere ladningsbærere, hvilket fører til produktionen af ​​fire eller flere ladningsbærere. Her er en generel oversigt over processen:

1. Fotoabsorption: Når en foton med tilstrækkelig energi rammer et halvledermateriale, kan den absorberes af et atom i materialet.

2. Generering af elektron-hulpar: Den absorberede foton overfører sin energi til en elektron inde i atomet, hvilket får elektronen til at blive exciteret til et højere energiniveau. Dette efterlader et positivt ladet "hul" i den oprindelige elektrons position. Den exciterede elektron og hullet udgør et elektron-hul-par.

3. Drift og diffusion: Elektron-hul-parret oplever drift og diffusionsprocesser. Det elektriske felt, der er til stede i halvledermaterialet (på grund af påført forspænding eller indbygget potentiale) får elektronerne og hullerne til at bevæge sig mod deres respektive elektroder (n-type og p-type områder).

4. Ionisering af virkning: Når elektronen og hullet bevæger sig gennem halvledermaterialet, kan de få nok kinetisk energi til at slå yderligere elektroner løs fra atomer, de kolliderer med. Denne proces, kendt som stødionisering, fører til dannelsen af ​​nye elektron-hul-par.

5. Lavineeffekt: De nyskabte elektroner og huller kan gennemgå yderligere ioniseringshændelser, hvilket fører til en lavineeffekt. Hver elektron eller hul kan potentielt skabe flere yderligere elektron-hul-par gennem stødionisering.

Som et resultat af denne proces kan en enkelt foton udløse en kaskade af ioniseringsbegivenheder, hvilket i sidste ende genererer flere ladningsbærere. Det samlede antal producerede ladningsbærere kan være betydeligt større end den oprindelige enkeltfoton, hvilket resulterer i forstærkningen af ​​signalet.

Fotomultiplikatorer og lavinefotodioder er elektroniske enheder, der bruger dette fænomen til at detektere og forstærke svagt lyssignaler, hvilket gør det muligt at måle og behandle dem effektivt.