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 categories següents:
(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 transportistes emocionats a temperatura ambient es mouen de manera direccional sota l’acció d’un camp elèctric, generant així un corrent. Sota la condició de llum, els electrons s’emocionen i es produeix una transició. Al mateix temps, es deriven sota l’acció d’un camp elèctric per formar un fotocurrent. Els transportistes fotogenerats resultants augmenten la conductivitat del dispositiu i redueixen així la resistència. Els fotodetectors fotoconductors solen mostrar un gran guany i una gran resposta en el rendiment, però no poden respondre a senyals òptiques d’alta freqüència, de manera que la velocitat de resposta és lenta, cosa que limita l’aplicació de dispositius fotoconductors en alguns aspectes.
(2)Fotodetector PN
El fotodetector PN està format pel contacte entre el material semiconductor de tipus P i el material de semiconductor de tipus N. Abans que es formi el contacte, els dos materials es troben en un estat separat. El nivell de Fermi en semiconductor de tipus P és a prop de la vora de la banda de valència, mentre que el nivell de Fermi en semiconductor de tipus N es troba 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 en la mateixa posició. El canvi de la posició de la banda de conducció i la banda de valència també va acompanyat de la flexió de la banda. La unió PN està en equilibri i té un nivell uniforme de Fermi. A partir de l’aspecte de l’anàlisi del transportista 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 en materials de tipus N es difondran al tipus P, mentre que els electrons en materials de tipus N es difondran en el sentit contrari als forats. L’àrea no compensada que queda per la difusió d’electrons i forats formarà un camp elèctric integrat i el camp elèctric integrat de tendència a la deriva del transportista, i la direcció de la deriva és just oposada a la direcció de la difusió, cosa que significa que la formació del camp elèctric integrat impedeix la difusió dels transportistes, i hi ha tant difusió i drift dins de la unió PN fins que els dos tipus de moviment estan equilibrats, de manera que el flux estàtic és zero. Equilibri dinàmic intern.
Quan la unió PN s’exposa a la radiació lleugera, l’energia del fotó es transfereix al portador i es genera el portador fotogenerat, és a dir, el parell fotogenerat de forats d’electrons. Sota l’acció del camp elèctric, l’electró i la deriva del forat cap a la regió N i la regió P respectivament, i la deriva direccional del portador fotogenerat genera fotocurrent. Aquest és el principi bàsic del fotodetector de la unió PN.
(3)Fotodetector de pins
PIN Photodiode 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 baix. El seu mecanisme de treball és similar al de la unió PN, quan la unió del PIN està exposada a la radiació lleugera, el fotó transfereix energia a l’electró, generant portadors de càrrega fotogenerada i el camp elèctric intern o el camp elèctric extern separarà els parells d’electrons fotogenerats a la capa d’esgotament i els transportistes de càrrega de la deriva formaran un corrent en el circuit extern. El paper que té 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 biaix, i els parells generats de forats d’electrons es separaran ràpidament, de manera que la velocitat de resposta del fotodetector de la unió PIN és generalment més ràpida que la del detector de la unió PN. Els portadors fora de la capa I també es recullen per la capa d’esgotament a través del 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 APDPhotodiode d'Avalanche
El mecanisme dePhotodiode d'Avalancheés similar a la de PN Junction. 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, la ionització de col·lisió i la multiplicació d’allau es produirà a l’APD i el rendiment del detector augmenta la fotocurrent. Quan l’APD estigui en el mode de biaix invers, el camp elèctric de la capa d’esgotament serà molt fort i els portadors fotogenerats generats per la llum es separaran ràpidament i es derivaran ràpidament sota l’acció del camp elèctric. Hi ha la probabilitat que els electrons toquin la gelosia durant aquest procés, provocant que els electrons de la gelositat siguin ionitzats. Aquest procés es repeteix i els ions ionitzats de la gelosia també xoquen amb la gelosia, fent que el nombre de portadors de càrrega de l’APD augmenti, donant lloc a un gran corrent. És aquest mecanisme físic únic a l’APD que els detectors basats en APD generalment tenen les característiques de la velocitat de resposta ràpida, el guany de valor actual gran i l’alta sensibilitat. En comparació amb la unió PN i la unió de PIN, APD té una velocitat de resposta més ràpida, que és la velocitat de resposta més ràpida entre els tubs fotosensibles actuals.
(5) Fotodetector de la unió de Schottky
L’estructura bàsica del fotodetector de la unió de Schottky és un díode Schottky, les característiques elèctriques de les quals són similars a les de la unió PN descrita anteriorment, i té conductivitat unidireccional amb conducció positiva i tall invers. Quan es forma un metall amb una funció de treball elevada i un semiconductor amb un formulari de funció de treball baix, es forma una barrera de Schottky i la unió resultant és una cruïlla de Schottky. El mecanisme principal és una mica similar a la unió PN, prenent com a exemple els semiconductors de tipus N, quan dos materials formen contacte, a causa de les diferents concentracions d’electrons dels dos materials, els electrons del semiconductor es difondran 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 des del semiconductor fins al metall a la superfície de contacte, i els electrons es derivaran sota l’acció del camp elèctric intern, i la difusió i el moviment de la deriva es faran simultàniament simultàniament, després d’un període de temps per arribar a l’equilibroma dinàmica i, finalment, formarà una junció de Schottky. En condicions de llum, la regió de barrera absorbeix directament la llum i genera parells de forats d’electrons, 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 de Schottky té una velocitat de resposta més ràpida i la velocitat de resposta pot fins i tot arribar al nivell de NS.
Posat Post: 13-2024 d'agost