Tipul structurii dispozitivului fotodetector

Tip dedispozitiv fotodetectorstructura
Fotodetectoreste un dispozitiv care transformă semnalul optic în semnal electric, ‌ structura și varietatea acestuia, ‌ poate fi împărțit în principal în următoarele categorii: ‌
(1) Fotodetector fotoconductor
Când dispozitivele fotoconductive sunt expuse la lumină, purtătorul fotogenerat își crește conductivitatea și le scade rezistența. Transportatorii excitați la temperatura camerei se mișcă într -o manieră direcțională sub acțiunea unui câmp electric, generând astfel un curent. În condițiile luminii, electronii sunt excitați și se produce tranziția. În același timp, ei se abate sub acțiunea unui câmp electric pentru a forma un fotocurent. Transportatorii fotogenerați rezultați cresc conductivitatea dispozitivului și reduc astfel rezistența. Fotodetectoarele fotoconductive prezintă, de obicei, un câștig ridicat și o reacție mare în performanță, dar nu pot răspunde la semnale optice de înaltă frecvență, astfel încât viteza de răspuns este lentă, ceea ce limitează aplicarea dispozitivelor fotoconductive în unele aspecte.

(2)Fotodetector PN
Fotodetector PN este format prin contactul dintre materialul semiconductor de tip P și materialul semiconductor de tip N. Înainte de formarea contactului, cele două materiale sunt într -o stare separată. Nivelul Fermi în semiconductor de tip P este aproape de marginea benzii de valență, în timp ce nivelul Fermi în semiconductor de tip N este aproape de marginea benzii de conducere. În același timp, nivelul Fermi al materialului de tip N la marginea benzii de conducere este deplasat continuu în jos până când nivelul Fermi al celor două materiale este în aceeași poziție. Schimbarea poziției benzii de conducere și a benzii de valență este, de asemenea, însoțită de îndoirea trupei. Joncțiunea PN este în echilibru și are un nivel de Fermi uniform. Din aspectul analizei transportatorului de încărcare, majoritatea transportatorilor de încărcare din materiale de tip P sunt găuri, în timp ce majoritatea transportatorilor de încărcare din materiale de tip N sunt electroni. Când cele două materiale sunt în contact, datorită diferenței de concentrație de purtător, electronii din materiale de tip N se vor difuza la tip P, în timp ce electronii din materiale de tip N se vor difuza în direcția opusă găurilor. Zona necompensată lăsată de difuzarea electronilor și a găurilor va forma un câmp electric încorporat, iar câmpul electric încorporat va tendința derivării purtătorului, iar direcția de derivă este doar opusă direcției de difuzie, ceea ce înseamnă că formarea câmpului încorporat în interiorul junctiei PN până când cele două tipuri de mișcare sunt balansate, astfel încât să fie balanțat. Echilibrul dinamic intern.
Atunci când joncțiunea PN este expusă la radiații de lumină, energia fotonului este transferată către purtător, iar purtătorul fotogenerat, adică este generată perechea fotogenerată cu găuri de electroni. Sub acțiunea câmpului electric, electronul și gaura derivă spre regiunea N și, respectiv, regiunea P, iar deriva direcțională a purtătorului fotogenerat generează fotocurent. Acesta este principiul de bază al fotodetectorului de joncțiune PN.

(3)Pin fotodetector
Fotodiodul cu pin este un material de tip P și un material de tip N între stratul I, stratul I al materialului este în general un material intrinsec sau cu dopare scăzută. Mecanismul său de lucru este similar cu joncțiunea PN, atunci când joncțiunea pin este expusă la radiații de lumină, fotonul transferă energie către electron, generând purtători de încărcare fotogenerate, iar câmpul electric intern sau câmpul electric extern vor separa perechile fotogenerate de electroni în stratul de epuizare, iar transportatorii de sarcină în derivă vor forma un curent în circuitul extern. Rolul jucat de stratul I este extinderea lățimii stratului de epuizare, iar stratul I va deveni complet stratul de epuizare sub o tensiune de prejudecată mare, iar perechile generate de gaură de electroni vor fi separate rapid, astfel încât viteza de răspuns a fotodetectorului de joncțiune pin este în general mai rapidă decât cea a detectorului de joncțiuni PN. Transportatorii din afara stratului I sunt, de asemenea, colectați de stratul de epuizare prin mișcare de difuzie, formând un curent de difuzie. Grosimea stratului I este în general foarte subțire, iar scopul său este de a îmbunătăți viteza de răspuns a detectorului.

(4)Fotodetector APDFotodiodă avalanșă
MecanismulFotodiodă avalanșăeste similar cu cel al joncțiunii PN. Fotodetector APD utilizează joncțiunea PN puternic dopată, tensiunea de funcționare bazată pe detectarea APD este mare, iar atunci când se adaugă o prejudecată inversă mare, se va produce ionizarea de coliziune și multiplicarea avalanșei în interiorul APD, iar performanța detectorului este crescută fotocurent. Când APD se află în modul de prejudecată inversă, câmpul electric din stratul de epuizare va fi foarte puternic, iar purtătorii fotogenerați generați de lumină vor fi rapid separați și vor deriva rapid sub acțiunea câmpului electric. Există probabilitatea ca electronii să intre în rețea în timpul acestui proces, ceea ce face ca electronii din zăbrele să fie ionizați. Acest proces este repetat, iar ionii ionizați din rețea se ciocnesc și cu rețeaua, ceea ce determină creșterea numărului de transportatori de încărcare în APD, rezultând un curent mare. Acest mecanism fizic unic din APD este că detectoarele bazate pe APD au, în general, caracteristicile vitezei de răspuns rapid, câștigul valoric mare de curent și sensibilitatea ridicată. În comparație cu joncțiunea PN și joncțiunea PIN, APD are o viteză de răspuns mai rapidă, care este cea mai rapidă viteză de răspuns dintre tuburile fotosensibile actuale.

(5) Fotodetector Schottky Junction
Structura de bază a fotodetectorului de joncțiune Schottky este o diodă Schottky, ale cărei caracteristici electrice sunt similare cu cele ale joncțiunii PN descrise mai sus și are o conductivitate unidirecțională cu o conducere pozitivă și o reducere inversă. Atunci când un metal cu o funcție de lucru ridicată și un semiconductor cu un contact cu formular de funcție scăzut, se formează o barieră Schottky, iar joncțiunea rezultată este o joncțiune Schottky. Mecanismul principal este oarecum similar cu joncțiunea PN, luând ca exemplu semiconductori de tip N, când două materiale formează contact, datorită concentrațiilor de electroni diferite ale celor două materiale, electronii din semiconductor se vor difuza la partea metalică. Electronii difuzați se acumulează continuu la un capăt al metalului, distrugând astfel neutralitatea electrică originală a metalului, formând un câmp electric încorporat de la semiconductor la metal pe suprafața de contact, iar electronii vor derivă sub acțiunea câmpului electric intern, iar difuzarea și mișcarea de derivă a transportatorului va fi realizată simultan, după o perioadă de timp pentru a ajunge la nivelul echivalului dinamic. În condiții ușoare, regiunea de barieră absoarbe direct lumina și generează perechi de electroni, în timp ce purtătorii fotogenerați din interiorul joncțiunii PN trebuie să treacă prin regiunea de difuzie pentru a ajunge în regiunea de joncțiune. În comparație cu joncțiunea PN, fotodetetorul bazat pe joncțiunea Schottky are o viteză de răspuns mai rapidă, iar viteza de răspuns poate ajunge chiar la nivelul NS.