Type avfotodetektorenhetstruktur
Fotodetektorer en enhet som konverterer optisk signal til elektrisk signal, dens struktur og variasjon, kan hovedsakelig deles inn i følgende kategorier:
(1) Fotoledende fotodetektor
Når fotoledende enheter utsettes for lys, øker den fotogenererte bæreren deres ledningsevne og reduserer motstanden. Bærerne som eksiteres ved romtemperatur beveger seg i retningsbestemt måte under påvirkning av et elektrisk felt, og genererer dermed en strøm. Under lysforhold blir elektroner begeistret og overgang skjer. Samtidig driver de under påvirkning av et elektrisk felt for å danne en fotostrøm. De resulterende fotogenererte bærerne øker konduktiviteten til enheten og reduserer dermed motstanden. Fotoledende fotodetektorer viser vanligvis høy forsterkning og god respons i ytelse, men de kan ikke reagere på høyfrekvente optiske signaler, så responshastigheten er langsom, noe som begrenser bruken av fotokonduktive enheter i noen aspekter.
(2)PN fotodetektor
PN-fotodetektor dannes av kontakten mellom P-type halvledermateriale og N-type halvledermateriale. Før kontakten dannes, er de to materialene i en separat tilstand. Fermi-nivået i P-type halvleder er nær kanten av valensbåndet, mens Fermi-nivået i N-type halvleder er nær kanten av ledningsbåndet. Samtidig forskyves Fermi-nivået til N-type-materialet ved kanten av ledningsbåndet kontinuerlig nedover inntil Fermi-nivået til de to materialene er i samme posisjon. Endringen av posisjonen til ledningsbåndet og valensbåndet er også ledsaget av bøyningen av båndet. PN-krysset er i likevekt og har et jevnt Fermi-nivå. Fra aspektet av ladningsbæreranalyse er de fleste ladningsbærerne i P-type materialer hull, mens de fleste av ladningsbærerne i N-type materialer er elektroner. Når de to materialene er i kontakt, på grunn av forskjellen i bærerkonsentrasjon, vil elektronene i N-type materialer diffundere til P-type, mens elektronene i N-type materialer vil diffundere i motsatt retning av hullene. Det ukompenserte området etter diffusjon av elektroner og hull vil danne et innebygd elektrisk felt, og det innebygde elektriske feltet vil trende bærerdrift, og driftretningen er akkurat motsatt av diffusjonsretningen, noe som betyr at dannelse av det innebygde elektriske feltet forhindrer diffusjon av bærere, og det er både diffusjon og drift inne i PN-krysset inntil de to bevegelsestypene er balansert, slik at den statiske bærerstrømmen er null. Intern dynamisk balanse.
Når PN-krysset utsettes for lysstråling, overføres energien til fotonet til bæreren, og den fotogenererte bæreren, det vil si det fotogenererte elektron-hullparet, genereres. Under påvirkning av det elektriske feltet driver elektronet og hullet til henholdsvis N-regionen og P-regionen, og retningsdriften til den fotogenererte bæreren genererer fotostrøm. Dette er det grunnleggende prinsippet for PN-krysset fotodetektor.
(3)PIN-fotodetektor
Pin fotodiode er et P-type materiale og N-type materiale mellom I-laget, I-laget av materialet er generelt et iboende eller lav-dopingmateriale. Dens arbeidsmekanisme ligner på PN-krysset, når PIN-krysset blir utsatt for lysstråling, overfører fotonet energi til elektronet, genererer fotogenererte ladningsbærere, og det indre elektriske feltet eller det eksterne elektriske feltet vil skille det fotogenererte elektronhullet par i uttømmingslaget, og de drevne ladningsbærerne vil danne en strøm i den eksterne kretsen. Rollen som lag I spiller er å utvide bredden av uttømmingslaget, og laget I vil fullstendig bli utarmingslaget under en stor forspenning, og de genererte elektron-hullparene vil bli raskt separert, slik at responshastigheten til PIN junction fotodetektor er generelt raskere enn PN junction detektoren. Bærere utenfor I-laget samles også opp av utarmingslaget gjennom diffusjonsbevegelse, og danner en diffusjonsstrøm. Tykkelsen på I-laget er generelt svært tynn, og formålet er å forbedre responshastigheten til detektoren.
(4)APD fotodetektorskredfotodiode
Mekanismen tilskredfotodiodeligner på PN-krysset. APD-fotodetektor bruker sterkt dopet PN-kryss, driftsspenningen basert på APD-deteksjon er stor, og når en stor revers bias legges til, vil kollisjonionisering og skredmultiplikasjon forekomme inne i APD, og ytelsen til detektoren økes fotostrøm. Når APD er i omvendt bias-modus, vil det elektriske feltet i utarmingslaget være veldig sterkt, og de fotogenererte bærerne generert av lys vil raskt bli separert og raskt drive under påvirkning av det elektriske feltet. Det er en sannsynlighet for at elektroner vil støte inn i gitteret under denne prosessen, noe som fører til at elektronene i gitteret blir ionisert. Denne prosessen gjentas, og de ioniserte ionene i gitteret kolliderer også med gitteret, noe som fører til at antall ladningsbærere i APD øker, noe som resulterer i en stor strøm. Det er denne unike fysiske mekanismen inne i APD at APD-baserte detektorer generelt har egenskapene til rask responshastighet, stor strømverdiforsterkning og høy følsomhet. Sammenlignet med PN-kryss og PIN-kryss, har APD en raskere responshastighet, som er den raskeste responshastigheten blant de nåværende lysfølsomme rørene.
(5) Schottky junction fotodetektor
Den grunnleggende strukturen til Schottky-krysset fotodetektor er en Schottky-diode, hvis elektriske egenskaper ligner de til PN-krysset beskrevet ovenfor, og den har ensrettet ledningsevne med positiv ledning og omvendt avskjæring. Når et metall med høy arbeidsfunksjon og en halvleder med lav arbeidsfunksjon danner kontakt, dannes en Schottky-barriere, og det resulterende krysset er et Schottky-kryss. Hovedmekanismen ligner noe på PN-krysset, og tar N-type halvledere som et eksempel, når to materialer danner kontakt, på grunn av de forskjellige elektronkonsentrasjonene til de to materialene, vil elektronene i halvlederen diffundere til metallsiden. De diffuse elektronene akkumuleres kontinuerlig i den ene enden av metallet, og ødelegger dermed den opprinnelige elektriske nøytraliteten til metallet, og danner et innebygd elektrisk felt fra halvlederen til metallet på kontaktflaten, og elektronene vil drive under påvirkning av indre elektrisk felt, og bærerens diffusjon og driftbevegelse vil utføres samtidig, etter en tidsperiode for å nå dynamisk likevekt, og til slutt danne et Schottky-kryss. Under lysforhold absorberer barriereområdet lys direkte og genererer elektron-hull-par, mens de fotogenererte bærerne inne i PN-krysset må passere gjennom diffusjonsområdet for å nå kryssområdet. Sammenlignet med PN-krysset har fotodetektoren basert på Schottky-krysset en raskere responshastighet, og responshastigheten kan til og med nå ns-nivå.
Innleggstid: 13. august 2024