Tipus dedispositiu fotodetectorestructura
Fotodetectorés un dispositiu que converteix el senyal òptic en senyal elèctric, la seva estructura i varietat, es pot dividir principalment en les següents categories:
(1) Fotodetector fotoconductor
Quan els dispositius fotoconductors estan exposats a la llum, el portador fotogenerat augmenta la seva conductivitat i disminueix la seva resistència. Els portadors excitats a temperatura ambient es mouen de manera direccional sota l'acció d'un camp elèctric, generant així un corrent. En condicions de llum, els electrons s'exciten i es produeix la transició. Al mateix temps, es desplacen sota l'acció d'un camp elèctric per formar un fotocorrent. Els portadors fotogenerats resultants augmenten la conductivitat del dispositiu i redueixen així la resistència. Els fotodetectors fotoconductors solen mostrar un gran guany i una gran capacitat de resposta en el rendiment, però no poden respondre a senyals òptics d'alta freqüència, de manera que la velocitat de resposta és lenta, la qual cosa limita l'aplicació de dispositius fotoconductors en alguns aspectes.
(2)Fotodetector PN
El fotodetector PN es forma pel contacte entre el material semiconductor de tipus P i el material semiconductor de tipus N. Abans que es formi el contacte, els dos materials es troben en un estat separat. El nivell de Fermi en el semiconductor de tipus P està a prop de la vora de la banda de valència, mentre que el nivell de Fermi en el semiconductor de tipus N està a prop de la vora de la banda de conducció. Al mateix temps, el nivell de Fermi del material de tipus N a la vora de la banda de conducció es desplaça contínuament cap avall fins que el nivell de Fermi dels dos materials estigui a la mateixa posició. El canvi de posició de la banda de conducció i la banda de valència també s'acompanya de la flexió de la banda. La unió PN està en equilibri i té un nivell de Fermi uniforme. Des de l'aspecte de l'anàlisi de portadors de càrrega, la majoria dels portadors de càrrega en materials de tipus P són forats, mentre que la majoria dels portadors de càrrega en materials de tipus N són electrons. Quan els dos materials estan en contacte, a causa de la diferència de concentració de portadors, els electrons dels materials de tipus N es difondran al tipus P, mentre que els electrons dels materials de tipus N es difondran en la direcció oposada als forats. L'àrea no compensada deixada per la difusió d'electrons i forats formarà un camp elèctric integrat, i el camp elèctric incorporat tendirà a la deriva del portador, i la direcció de la deriva és just oposada a la direcció de difusió, el que significa que el La formació del camp elèctric integrat impedeix la difusió dels portadors, i hi ha difusió i deriva dins de la unió PN fins que els dos tipus de moviment s'equilibren, de manera que el flux del portador estàtic és zero. Equilibri dinàmic intern.
Quan la unió PN s'exposa a la radiació lumínica, l'energia del fotó es transfereix al portador i es genera el portador fotogenerat, és a dir, el parell electró-forat fotogenerat. Sota l'acció del camp elèctric, l'electró i el forat es desplacen cap a la regió N i la regió P, respectivament, i la deriva direccional del portador fotogenerat genera fotocorrent. Aquest és el principi bàsic del fotodetector d'unió PN.
(3)Fotodetector PIN
El fotodíode pin és un material de tipus P i material de tipus N entre la capa I, la capa I del material és generalment un material intrínsec o de baix dopatge. El seu mecanisme de treball és similar a la unió PN, quan la unió PIN s'exposa a la radiació de la llum, el fotó transfereix energia a l'electró, generant portadors de càrrega fotogenerada, i el camp elèctric intern o el camp elèctric extern separarà el forat d'electrons fotogenerat. parells a la capa d'esgotament, i els portadors de càrrega a la deriva formaran un corrent al circuit extern. El paper que juga la capa I és ampliar l'amplada de la capa d'esgotament, i la capa I es convertirà completament en la capa d'esgotament sota una gran tensió de polarització, i els parells d'electrons-forat generats es separaran ràpidament, de manera que la velocitat de resposta del El fotodetector d'unió PIN és generalment més ràpid que el del detector d'unió PN. Els portadors fora de la capa I també són recollits per la capa d'esgotament mitjançant el moviment de difusió, formant un corrent de difusió. El gruix de la capa I és generalment molt prim i el seu propòsit és millorar la velocitat de resposta del detector.
(4)Fotodetector APDfotodíode d'allau
El mecanisme defotodíode d'allaués similar a la de la unió PN. El fotodetector APD utilitza una unió PN fortament dopada, la tensió de funcionament basada en la detecció d'APD és gran i, quan s'afegeix un gran biaix invers, es produirà la ionització de col·lisió i la multiplicació d'allaus dins de l'APD i el rendiment del detector augmenta el fotocorrent. Quan l'APD està en mode de polarització inversa, el camp elèctric a la capa d'esgotament serà molt fort i els portadors fotogenerats generats per la llum es separaran ràpidament i es desplaçaran ràpidament sota l'acció del camp elèctric. Hi ha una probabilitat que els electrons xoquin a la xarxa durant aquest procés, fent que els electrons de la xarxa s'ionitzin. Aquest procés es repeteix i els ions ionitzats de la xarxa també xoquen amb la xarxa, fent que el nombre de portadors de càrrega a l'APD augmenti, donant lloc a un gran corrent. És aquest mecanisme físic únic dins de l'APD que els detectors basats en APD generalment tenen les característiques de velocitat de resposta ràpida, gran guany de valor de corrent i alta sensibilitat. En comparació amb la unió PN i la unió PIN, l'APD té una velocitat de resposta més ràpida, que és la velocitat de resposta més ràpida entre els tubs fotosensibles actuals.
(5) Fotodetector d'unió Schottky
L'estructura bàsica del fotodetector de la unió Schottky és un díode Schottky, les característiques elèctriques del qual són similars a les de la unió PN descrites anteriorment, i té conductivitat unidireccional amb conducció positiva i tall invers. Quan un metall amb una funció de treball alta i un semiconductor amb una funció de treball baixa formen contacte, es forma una barrera Schottky i la unió resultant és una unió Schottky. El mecanisme principal és una mica similar a la unió PN, prenent com a exemple els semiconductors de tipus N, quan dos materials entren en contacte, a causa de les diferents concentracions d'electrons dels dos materials, els electrons del semiconductor es difondran cap al costat del metall. Els electrons difusos s'acumulen contínuament en un extrem del metall, destruint així la neutralitat elèctrica original del metall, formant un camp elèctric integrat del semiconductor al metall a la superfície de contacte, i els electrons es desplaçaran sota l'acció del metall. camp elèctric intern, i la difusió i el moviment de deriva del portador es realitzaran simultàniament, després d'un període de temps per assolir l'equilibri dinàmic, i finalment formar una unió Schottky. En condicions de llum, la regió de barrera absorbeix directament la llum i genera parells d'electrons-forat, mentre que els portadors fotogenerats dins de la unió PN han de passar per la regió de difusió per arribar a la regió de la unió. En comparació amb la unió PN, el fotodetector basat en la unió Schottky té una velocitat de resposta més ràpida i la velocitat de resposta fins i tot pot arribar al nivell ns.
Hora de publicació: 13-agost-2024