Typfotodetektorštruktúra
Fotodetektorje zariadenie, ktoré prevádza optický signál na elektrický signál, jeho štruktúra a rozmanitosť, sa dá rozdeliť hlavne do nasledujúcich kategórií:
(1) Fotoconduktívny fotodetektor
Keď sú fotokonduktívne zariadenia vystavené svetlu, fotogenerovaný nosič zvyšuje svoju vodivosť a znižuje ich odolnosť. Nosiče vzrušené pri teplote miestnosti sa pohybujú smerom pod pôsobením elektrického poľa, čím sa vytvára prúd. Pod podmienkou svetla sú elektróny vzrušené a vyskytuje sa prechod. Zároveň sa unášajú pod pôsobením elektrického poľa na vytvorenie fotokrónu. Výsledné fotogenerované nosiče zvyšujú vodivosť zariadenia, a tak znižujú odpor. Fotoconduktívne fotodetektory zvyčajne vykazujú vysoký zisk a veľkú citlivosť vo výkone, ale nemôžu reagovať na vysokofrekvenčné optické signály, takže rýchlosť odozvy je pomalá, čo v niektorých aspektoch obmedzuje aplikáciu fotokonduktívnych zariadení.
(2)Fotodetektor PN
PN fotodetektor je tvorený kontaktom medzi polovodičovým materiálom typu p a polovodičovým materiálom typu N. Pred vytvorením kontaktu sú dva materiály v samostatnom stave. Hladina Fermi v polovodiče typu p je blízko okraja valenčného pásu, zatiaľ čo hladina Fermi v polovodiči typu N je blízko okraja vodivého pásma. Zároveň sa hladina Fermiho materiálu typu N na okraji vodivého pásu nepretržite posúva smerom nadol, až kým hladina fermi týchto dvoch materiálov nie je v rovnakej polohe. Zmena polohy vodivého pásma a valenčného pásma je tiež sprevádzaná ohybom pásma. Križovatka PN je v rovnováhe a má rovnomernú hladinu fermi. Z aspektu analýzy nosiča náboja je väčšina nosičov náboja v materiáloch typu p dier, zatiaľ čo väčšina nosičov náboja v materiáloch typu N sú elektróny. Keď sú tieto dva materiály v kontakte, kvôli rozdielu v koncentrácii nosiča sa elektróny v materiáloch typu N difúzujú na typ P, zatiaľ čo elektróny v materiáloch typu N sa rozptyľujú v opačnom smere od otvorov. Nekompenzovaná oblasť, ktorá zostane difúziou elektrónov a otvorov, bude tvoriť zabudované elektrické pole a vstavané elektrické pole bude ťahať drift nosiča a smer driftu je opačný k smeru difúzie, čo znamená, že tvorba vstavaného elektrického poľa zabráni difúzii nosičov, a je tu difúzia a unášanie vo vnútri križovatky PN, až kým sú dva druhy pohybu tak, aby boli vyvážené, tak, aby sa vyvážili, tak, aby sa vyvážili, tak, aby sa vyvážili, aby sa vyvažovalo nutra. Vnútorná dynamická rovnováha.
Keď je spojenie PN vystavené žiareniu svetla, energia fotónu sa prenesie na nosič a generuje sa fotogenerovaný nosič, to znamená, že dvojica fotogenerovaných elektrónových otvorov. Pri pôsobení elektrického poľa sa elektrón a otvor driftuje do oblasti N a oblasti P a smerový posun fotogenerovaného nosiča generuje fotoprúd. Toto je základný princíp PN Junction Photodetector.
(3)Fotodetektor
PIN fotodióda je materiál typu p a materiál typu n medzi vrstvou I, vrstva materiálu I je vo všeobecnosti vnútorným alebo nízko dotknutým materiálom. Jeho pracovný mechanizmus je podobný križovatke PN, keď je kolíková križovatka vystavená žiareniu svetla, fotón prenáša energiu do elektrónu, generuje fotogenerované nosiče náboja a vnútorné elektrické pole alebo externé elektrické pole bude oddeliť externé skrinky elektrónové diery vo vrstve sklonu. Úlohou, ktorú hrá vrstva I, je rozšíriť šírku deplečnej vrstvy a vrstva I sa úplne stane vrstvou vyčerpania pod veľkým predpätým napätím a generované páry elektrónového otvoru sa rýchlo oddeľujú, takže rýchlosť odozvy fotodetátora kolíka PIN je všeobecne rýchlejšia ako v prípade detektora križovatky PN. Nosiče mimo vrstvy I sa tiež zhromažďujú pomocou deplečnej vrstvy prostredníctvom difúzneho pohybu a tvoria difúzny prúd. Hrúbka vrstvy I je vo všeobecnosti veľmi tenká a jej účelom je zlepšiť rýchlosť odozvy detektora.
(4)Fotodetektor APDlavínová fotodióda
Mechanizmuslavínová fotodiódaje podobný ako pri križovatke PN. Fotodetektor APD používa silne dopované spojenie PN, prevádzkové napätie založené na detekcii APD je veľké, a keď sa pridá veľká spätná skreslenie, vo vnútri APD sa vyskytne kolízne ionizácia a násobenie lavíny a výkon detektora sa zvýši. Keď je APD v režime spätného zaujatosti, elektrické pole vo vrstve vyčerpania bude veľmi silné a fotogenerované nosiče generované svetlom sa rýchlo oddelia a rýchlo sa unášajú pod pôsobením elektrického poľa. Existuje pravdepodobnosť, že elektróny narazia do mriežky počas tohto procesu, čo spôsobí ionizáciu elektrónov v mriežke. Tento proces sa opakuje a ionizované ióny v mriežke sa tiež zrážajú s mriežkou, čo spôsobuje zvýšenie počtu nosičov náboja v APD, čo vedie k veľkému prúdu. Je to tento jedinečný fyzikálny mechanizmus vo vnútri APD, že detektory založené na APD majú vo všeobecnosti charakteristiky rýchlosti odozvy, veľkého zisku hodnoty prúdu a vysokej citlivosti. V porovnaní s križovatkou PN a kolíkom PIN má APD rýchlejšiu rýchlosť odozvy, čo je najrýchlejšia rýchlosť odozvy medzi aktuálnymi fotosenzívnymi skúmavkami.
(5) Schottky Junction Photodetector
Základnou štruktúrou fotodetektora Schottky Junction je schottská dióda, ktorej elektrické charakteristiky sú podobné ako v prípade vyššie opísaného križovatky PN a má jednosmernú vodivosť s pozitívnym vedením a spätnou hranicou. Keď sa vytvorí kov s vysokou pracovnou funkciou a polovodič s kontaktom s nízkou pracovnou funkciou, vytvorí sa Schottská bariéra a výsledná križovatka je Schottky križovatka. Hlavný mechanizmus je do istej miery podobný križovatke PN, ktorý ako príklad berie polovodičy typu n typu, keď dva materiály tvoria kontakt, kvôli rôznym koncentráciám elektrónov týchto dvoch materiálov, sa elektróny v polovodiči difúzujú k kovovej strane. Difúzne elektróny sa hromadia nepretržite na jednom konci kovu, čím ničia pôvodnú elektrickú neutralitu kovu, tvoriace vstavané elektrické pole od polovodiča po kov na kontaktnom povrchu, a elektróny sa budú unášať pod účinkom vnútorného elektrického poľa a nosiča a driftovej pohybu sa prenesie súčasne po období času na dosiahnutie dymatického rovnosti. Za svetelných podmienok bariérová oblasť priamo absorbuje svetlo a vytvára páry elektrónových otvorov, zatiaľ čo fotogenerované nosiče vo vnútri križovatky PN musia prechádzať difúznou oblasťou, aby sa dosiahla križovatka. V porovnaní s križovatkou PN má fotodetektor založený na Schottky Junction rýchlejšiu rýchlosť odozvy a rýchlosť odozvy môže dokonca dosiahnuť úroveň NS.
Čas príspevku: august-13-2024