Typ av fotodetektoranordningens struktur

Typ avfotodetektoranordningstrukturera
Fotodetektorär en anordning som omvandlar optisk signal till elektrisk signal, dess struktur och variation kan huvudsakligen delas in i följande kategorier:
(1) Fotokonduktiv fotodetektor
När fotokonduktiva anordningar exponeras för ljus ökar den fotogenererade bärvågen sin konduktivitet och minskar sin resistans. De bärvågor som exciteras vid rumstemperatur rör sig i en riktning under inverkan av ett elektriskt fält, vilket genererar en ström. Under ljusförhållanden exciteras elektroner och övergång sker. Samtidigt driver de under inverkan av ett elektriskt fält för att bilda en fotoström. De resulterande fotogenererade bärvågorna ökar anordningens konduktivitet och minskar därmed resistansen. Fotokonduktiva fotodetektorer uppvisar vanligtvis hög förstärkning och bra respons i prestanda, men de kan inte reagera på högfrekventa optiska signaler, så svarshastigheten är långsam, vilket begränsar tillämpningen av fotokonduktiva anordningar i vissa avseenden.

(2)PN-fotodetektor
PN-fotodetektorn bildas genom kontakt mellan P-typ halvledarmaterial och N-typ halvledarmaterial. Innan kontakten bildas är de två materialen i ett separat tillstånd. Fermi-nivån i P-typ halvledare är nära kanten av valensbandet, medan Fermi-nivån i N-typ halvledare är nära kanten av ledningsbandet. Samtidigt förskjuts Fermi-nivån för N-typ materialet vid kanten av ledningsbandet kontinuerligt nedåt tills Fermi-nivån för de två materialen är i samma position. Förändringen av positionen för ledningsband och valensband åtföljs också av bandets böjning. PN-övergången är i jämvikt och har en enhetlig Fermi-nivå. Ur laddningsbäraranalyssynpunkt är de flesta laddningsbärarna i P-typ material hål, medan de flesta 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 tendera att driva bärvågen, och driftriktningen är precis motsatt diffusionsriktningen, vilket innebär att bildandet av det inbyggda elektriska fältet förhindrar diffusion av bärvågor, och det finns både diffusion och drift inuti PN-övergången tills de två typerna av rörelse är balanserade, så att det statiska bärvågsflödet är noll. Intern 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 den riktningsdrivna avdriften hos den fotogenererade bäraren genererar fotoström. Detta är den grundläggande principen för PN-övergångsfotodetektorn.

(3)PIN-fotodetektor
En pinfotodiod är ett material av P-typ och ett material av N-typ mellan I-skiktet. Materialets I-skikt är generellt ett intrinsiskt eller lågdopande material. Dess arbetsmekanism liknar PN-övergången. När PIN-övergången utsätts för ljusstrålning överför fotonen energi till elektronen, vilket genererar fotogenererade laddningsbärare. Det interna elektriska fältet eller det externa elektriska fältet separerar de fotogenererade elektron-hålparen i utarmningsskiktet, och de drivna laddningsbärarna bildar en ström i den externa kretsen. Skikt I:s roll är att utöka utarmningsskiktets bredd. Skikt I blir då helt ett utarmningsskikt under en hög förspänning. De genererade elektron-hålparen separeras snabbt, så PIN-övergångsfotodetektorns svarshastighet är generellt snabbare än PN-övergångsdetektorns. Bärare utanför I-skiktet samlas också upp av utarmningsskiktet genom diffusionsrörelse, vilket bildar en diffusionsström. I-skiktets tjocklek är generellt mycket tunn, och dess syfte är att förbättra detektorns svarshastighet.

(4)APD-fotodetektorlavinfotodiod
Mekanismen förlavinfotodiodliknar PN-övergången. APD-fotodetektorer använder kraftigt dopade PN-övergångar, driftsspänningen baserad på APD-detektering är stor, och när en stor omvänd förspänning läggs till kommer kollisionisering och lavinmultiplikation att ske inuti APD, vilket ökar fotoströmmens prestanda. När APD är i omvänd förspänningsläge kommer det elektriska fältet i utarmningsskiktet att vara mycket starkt, och de fotogenererade bärvågorna som genereras av ljus kommer snabbt att separeras och snabbt drivas under inverkan av det elektriska fältet. Det finns en sannolikhet att elektroner stöter mot gittret under denna process, vilket orsakar att elektronerna i gittret joniseras. Denna process upprepas, och de joniserade jonerna i gittret kolliderar också med gittret, vilket orsakar att antalet laddningsbärare i APD ökar, vilket resulterar i en stor ström. Det är denna unika fysiska mekanism inuti APD som gör att APD-baserade detektorer generellt har egenskaper som snabb svarshastighet, stor strömförstärkning och hög känslighet. Jämfört med PN-övergång och PIN-övergång har APD en snabbare svarshastighet, vilket är den snabbaste svarshastigheten bland de nuvarande ljuskänsliga rören.

(5) Schottky-övergångsfotodetektor
Grundstrukturen för Schottky-övergångsfotodetektorn är en Schottky-diod, vars elektriska egenskaper liknar de hos PN-övergången som beskrivs ovan, och den har enkelriktad konduktivitet 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 övergången är en Schottky-övergång. Huvudmekanismen är något lik PN-övergången, med N-typ halvledare som exempel, när två material bildar kontakt, på grund av de olika elektronkoncentrationerna hos de två materialen, kommer elektronerna i halvledaren att diffundera till metallsidan. De diffuserade 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 drifta under inverkan av det interna elektriska fältet, och bärarens diffusions- och driftrörelse kommer att utföras samtidigt, efter en tidsperiod för att uppnå dynamisk jämvikt och slutligen bilda en Schottky-övergång. Under ljusförhållanden absorberar barriärområdet ljus direkt och genererar elektron-hål-par, medan de fotogenererade bärvågorna inuti PN-övergången behöver passera genom diffusionsområdet för att nå övergångsområdet. Jämfört med PN-övergången har fotodetektorn baserad på Schottky-övergången en snabbare svarshastighet, och svarshastigheten kan till och med nå ns-nivå.