Typ avfotodetektoranordningstrukturera
Fotodetektorär en enhet som omvandlar optisk signal till elektrisk signal, dess struktur och variation, kan huvudsakligen delas in i följande kategorier:
(1) Fotokonduktiv fotodetektor
När fotokonduktiva enheter utsätts för ljus, ökar den fotogenererade bäraren deras konduktivitet och minskar deras motstånd. Bärarna som exciteras vid rumstemperatur rör sig på ett riktat sätt under inverkan av ett elektriskt fält och genererar således en ström. Under ljusets tillstånd exciteras elektroner och övergång sker. Samtidigt driver de under inverkan av ett elektriskt fält för att bilda en fotoström. De resulterande fotogenererade bärarna ökar enhetens konduktivitet och minskar därmed resistansen. Fotokonduktiva fotodetektorer visar vanligtvis hög förstärkning och stor lyhördhet i prestanda, men de kan inte svara på högfrekventa optiska signaler, så svarshastigheten är långsam, vilket begränsar tillämpningen av fotokonduktiva enheter i vissa aspekter.
(2)PN fotodetektor
PN-fotodetektorn bildas av kontakten mellan halvledarmaterial av P-typ och halvledarmaterial av N-typ. Innan kontakten bildas är de två materialen i ett separat tillstånd. Fermi-nivån i halvledare av P-typ är nära kanten av valensbandet, medan Fermi-nivån i halvledare av N-typ är nära kanten av ledningsbandet. Samtidigt skiftas Fermi-nivån för N-typmaterialet vid kanten av ledningsbandet kontinuerligt nedåt tills Ferminivån för de två materialen är i samma position. Förändringen av positionen för ledningsbandet och valensbandet åtföljs också av böjningen av bandet. PN-övergången är i jämvikt och har en enhetlig Fermi-nivå. Ur aspekten av laddningsbäraranalys är de flesta av laddningsbärarna i P-typ material hål, medan de flesta av laddningsbärarna i N-typ material är elektroner. När de två materialen är i kontakt, på grund av skillnaden i bärarkoncentration, kommer elektronerna i N-typ material att diffundera till P-typ, medan elektronerna i N-typ material kommer att diffundera i motsatt riktning mot hålen. Det okompenserade området som lämnas av diffusionen av elektroner och hål kommer att bilda ett inbyggt elektriskt fält, och det inbyggda elektriska fältet kommer att trenda bärardrift, och driftriktningen är precis motsatt diffusionsriktningen, vilket betyder att bildandet av det inbyggda elektriska fältet förhindrar diffusion av bärare, och det finns både diffusion och drift inuti PN-övergången tills de två typerna av rörelse är balanserade, så att det statiska bärarflödet är noll. Inre dynamisk balans.
När PN-övergången utsätts för ljusstrålning överförs fotonens energi till bäraren och den fotogenererade bäraren, det vill säga det fotogenererade elektron-hålparet, genereras. Under inverkan av det elektriska fältet driver elektronen och hålet till N-regionen respektive P-regionen, och riktningsdriften hos den fotogenererade bäraren genererar fotoström. Detta är grundprincipen för PN-övergångsfotodetektor.
(3)PIN-fotodetektor
Stiftfotodiod är ett material av P-typ och material av N-typ mellan I-skiktet, materialets I-skikt är i allmänhet ett inneboende eller lågdopande material. Dess arbetsmekanism liknar PN-övergången, när PIN-övergången utsätts för ljusstrålning överför fotonen energi till elektronen, genererar fotogenererade laddningsbärare, och det interna elektriska fältet eller det externa elektriska fältet kommer att separera det fotogenererade elektronhålet par i utarmningsskiktet, och de drivna laddningsbärarna kommer att bilda en ström i den externa kretsen. Den roll som skikt I spelar är att utöka bredden på utarmningsskiktet, och skiktet I kommer att bli fullständigt utarmningsskiktet under en stor förspänning, och de genererade elektron-hålsparen kommer snabbt att separeras, så svarshastigheten för PIN-övergångsfotodetektorn är i allmänhet snabbare än den för PN-övergångsdetektorn. Bärare utanför I-skiktet samlas också upp av utarmningsskiktet genom diffusionsrörelse, vilket bildar en diffusionsström. Tjockleken på I-skiktet är i allmänhet mycket tunn, och dess syfte är att förbättra detektorns svarshastighet.
(4)APD fotodetektorlavinfotodiod
Mekanismen förlavinfotodiodliknar den för PN-övergången. APD-fotodetektorn använder kraftigt dopad PN-övergång, driftspänningen baserad på APD-detektion är stor, och när en stor omvänd bias läggs till kommer kollisionsjonisering och lavinmultiplikation att inträffa inuti APD, och detektorns prestanda ökar fotoströmmen. När APD är i det omvända förspänningsläget kommer det elektriska fältet i utarmningsskiktet att vara mycket starkt, och de fotogenererade bärarna som genereras av ljus kommer snabbt att separeras och snabbt driva under inverkan av det elektriska fältet. Det finns en sannolikhet att elektroner kommer att stöta in i gittret under denna process, vilket gör att elektronerna i gittret joniseras. Denna process upprepas, och de joniserade jonerna i gittret kolliderar också med gittret, vilket gör att antalet laddningsbärare i APD ökar, vilket resulterar i en stor ström. Det är denna unika fysiska mekanism inuti APD som APD-baserade detektorer i allmänhet har egenskaperna snabb svarshastighet, stor strömförstärkning och hög känslighet. Jämfört med PN-korsning och PIN-övergång har APD en snabbare svarshastighet, vilket är den snabbaste svarshastigheten bland de nuvarande ljuskänsliga rören.
(5) Schottky junction fotodetektor
Den grundläggande strukturen för Schottky-övergångsfotodetektorn är en Schottky-diod, vars elektriska egenskaper liknar de för PN-övergången som beskrivs ovan, och den har enkelriktad ledningsförmåga med positiv ledning och omvänd avstängning. När en metall med hög arbetsfunktion och en halvledare med låg arbetsfunktion bildar kontakt, bildas en Schottky-barriär, och den resulterande förbindelsen är en Schottky-övergång. Huvudmekanismen är något lik PN-övergången, med halvledare av N-typ som ett exempel, när två material bildar kontakt, på grund av de olika elektronkoncentrationerna av de två materialen, kommer elektronerna i halvledaren att diffundera till metallsidan. De diffusa elektronerna ackumuleras kontinuerligt i ena änden av metallen, vilket förstör metallens ursprungliga elektriska neutralitet och bildar ett inbyggt elektriskt fält från halvledaren till metallen på kontaktytan, och elektronerna kommer att driva under verkan av internt elektriskt fält, och bärarens diffusion och driftrörelse kommer att utföras samtidigt, efter en tid för att nå dynamisk jämvikt, och slutligen bilda en Schottky-övergång. Under ljusförhållanden absorberar barriärområdet ljus direkt och genererar elektron-hålspar, medan de fotogenererade bärarna inuti PN-övergången behöver passera genom diffusionsområdet för att nå korsningsområdet. Jämfört med PN-övergången har fotodetektorn baserad på Schottky-övergången en snabbare svarshastighet, och svarshastigheten kan till och med nå ns-nivån.
Posttid: 2024-aug-13