Tipul structurii dispozitivului fotodetector

Tipul dedispozitiv fotodetectorstructura
Fotodetectoreste un dispozitiv care convertește semnalul optic în semnal electric, ‌ structura și varietatea acestuia, ‌ poate fi împărțit în principal în următoarele categorii: ‌
(1) Fotodetector fotoconductiv
Când dispozitivele fotoconductoare sunt expuse la lumină, purtătorul fotogenerat le crește conductivitatea și le scade rezistența. Purtătorii excitați la temperatura camerei se mișcă direcțional sub acțiunea unui câmp electric, generând astfel un curent. În condiția luminii, electronii sunt excitați și are loc tranziția. În același timp, ele derivă sub acțiunea unui câmp electric pentru a forma un fotocurent. Purtătorii fotogenerați rezultați cresc conductivitatea dispozitivului și reduc astfel rezistența. Fotodetectoarele fotoconductoare prezintă de obicei un câștig mare și o capacitate de răspuns mare în performanță, dar nu pot răspunde la semnalele optice de înaltă frecvență, astfel încât viteza de răspuns este lentă, ceea ce limitează aplicarea dispozitivelor fotoconductoare în unele aspecte.

(2)Fotodetector PN
Fotodetectorul 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 semiconductorul de tip P este aproape de marginea benzii de valență, în timp ce nivelul Fermi în semiconductorul de tip N este aproape de marginea benzii de conducție. În același timp, nivelul Fermi al materialului de tip N de 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 benzii de valență este însoțită și de îndoirea benzii. Joncțiunea PN este în echilibru și are un nivel Fermi uniform. Din punct de vedere al analizei purtătorilor de sarcină, majoritatea purtătorilor de sarcină din materialele de tip P sunt găuri, în timp ce majoritatea purtătorilor de sarcină din materialele de tip N sunt electroni. Când cele două materiale sunt în contact, din cauza diferenței de concentrație a purtătorului, electronii din materialele de tip N vor difuza spre tipul P, în timp ce electronii din materialele de tipul N vor difuza în direcția opusă găurilor. Zona necompensată lăsată de difuzia electronilor și a găurilor va forma un câmp electric încorporat, iar câmpul electric încorporat va avea tendința de deplasare a purtătorului, iar direcția de derivă este chiar opusă direcției de difuzie, ceea ce înseamnă că formarea câmpului electric încorporat împiedică difuzia purtătorilor și există atât difuzie, cât și derivă în interiorul joncțiunii PN până când cele două tipuri de mișcare sunt echilibrate, astfel încât fluxul de purtător static este zero. Echilibru dinamic intern.
Când joncțiunea PN este expusă la radiații luminoase, energia fotonului este transferată purtătorului și este generată purtătorul fotogenerat, adică perechea electron-gaură fotogenerată. Sub acțiunea câmpului electric, electronul și gaura se deplasează spre regiunea N și, respectiv, spre regiunea P, iar deplasarea direcțională a purtătorului fotogenerat generează fotocurent. Acesta este principiul de bază al fotodetectorului de joncțiune PN.

(3)Fotodetector PIN
Fotodioda 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 dopaj scăzut. Mecanismul său de lucru este similar cu joncțiunea PN, când joncțiunea PIN este expusă la radiații luminoase, fotonul transferă energie către electron, generând purtători de sarcină fotogenerați, iar câmpul electric intern sau câmpul electric extern va separa gaura de electroni fotogenerată. perechi în stratul de epuizare, iar purtătorii de sarcină în derivă vor forma un curent în circuitul extern. Rolul jucat de stratul I este de a extinde lățimea stratului de epuizare, iar stratul I va deveni complet stratul de epuizare sub o tensiune de polarizare mare, iar perechile electron-gaură generate vor fi separate rapid, astfel încât viteza de răspuns a Fotodetectorul de joncțiune PIN este în general mai rapid decât cel al detectorului de joncțiune PN. Purtătorii din afara stratului I sunt colectați și 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 de avalanșă
Mecanismul defotodiodă de avalanșăeste similară cu cea a joncțiunii PN. Fotodetectorul APD folosește joncțiunea PN puternic dopată, tensiunea de funcționare bazată pe detecția APD este mare, iar atunci când se adaugă o polarizare inversă mare, ionizarea coliziunii și multiplicarea avalanșei vor avea loc în interiorul APD, iar performanța detectorului este fotocurent crescut. Când APD se află în modul de polarizare inversă, câmpul electric din stratul de epuizare va fi foarte puternic, iar purtătorii fotogenerați generați de lumină vor fi separați rapid și vor deriva rapid sub acțiunea câmpului electric. Există o probabilitate ca electronii să se ciocnească de rețea în timpul acestui proces, determinând ca electronii din rețea să fie ionizați. Acest proces se repetă, iar ionii ionizați din rețea se ciocnesc de asemenea cu rețeaua, determinând creșterea numărului de purtători de sarcină din APD, rezultând un curent mare. Acest mecanism fizic unic din interiorul APD este faptul că detectoarele bazate pe APD au, în general, caracteristicile unei viteze de răspuns rapid, un câștig mare al valorii curentului și o sensibilitate 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 de joncțiune Schottky
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 conductivitate unidirecțională cu conducție pozitivă și întrerupere inversă. Când un metal cu o funcție de lucru ridicată și un semiconductor cu o funcție de lucru scăzută formează contact, 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 diferite de electroni ale celor două materiale, electronii din semiconductor vor difuza către partea metalică. Electronii difuzați se acumulează continuu la un capăt al metalului, distrugând astfel neutralitatea electrică inițială a metalului, formând un câmp electric încorporat de la semiconductor la metal pe suprafața de contact, iar electronii vor deriva sub acțiunea câmpul electric intern, iar mișcarea de difuzie și de deriva a purtătorului va fi efectuată simultan, după o perioadă de timp pentru a ajunge la echilibrul dinamic și, în final, vor forma o joncțiune Schottky. În condiții de lumină, regiunea barieră absoarbe direct lumina și generează perechi electron-gaură, în timp ce purtătorii fotogenerați din interiorul joncțiunii PN trebuie să treacă prin regiunea de difuzie pentru a ajunge în regiunea de joncțiune. Comparativ cu joncțiunea PN, fotodetectorul bazat pe joncțiunea Schottky are o viteză de răspuns mai mare, iar viteza de răspuns poate ajunge chiar la nivelul ns.