Rodzajurządzenie fotodetektorastruktura
Fotodetektorjest urządzeniem, które przekształca sygnał optyczny na sygnał elektryczny, jego struktura i różnorodność, można głównie podzielić na następujące kategorie:
(1) fotodetektor fotokondukcyjny
Gdy urządzenia fotokondukcyjne są narażone na światło, fotogenerowany nośnik zwiększa ich przewodność i zmniejsza ich oporność. Przewoźniki wzbudzone w temperaturze pokojowej poruszają się w sposób kierunkowy pod działaniem pola elektrycznego, generując w ten sposób prąd. Pod warunkiem światła elektrony są wzbudzone i następuje przejście. Jednocześnie dryfują pod działaniem pola elektrycznego w celu utworzenia fotoprądu. Powstałe fotogenerowane nośniki zwiększają przewodność urządzenia, a tym samym zmniejszają opór. Fotokonondukcyjne fotodetektory zwykle wykazują wysoki zysk i dużą reakcję w wydajności, ale nie mogą reagować na sygnały optyczne o wysokiej częstotliwości, więc prędkość reakcji jest powolna, co w niektórych aspektach ogranicza zastosowanie urządzeń fotokondukcyjnych.
(2)PN Photodetektor
Fotodetektor PN jest tworzony przez kontakt między materiałem półprzewodnikowym typu p a materiałem półprzewodnikowym typu N. Przed utworzeniem kontaktu dwa materiały są w osobnym stanie. Poziom Fermiego w półprzewodniku typu P znajduje się blisko krawędzi pasma walencyjnego, podczas gdy poziom Fermiego w półprzewodniku typu N jest zbliżony do krawędzi pasma przewodzenia. Jednocześnie poziom Fermiego materiału typu N na krawędzi pasma przewodzenia jest ciągle przesunięty w dół, aż poziom Fermiego dwóch materiałów znajduje się w tej samej pozycji. Zmianę pozycji pasma przewodnictwa i pasma walencyjnego towarzyszy również zgięcie zespołu. Złącze PN jest w równowadze i ma jednolity poziom Fermi. Z aspektu analizy nośników ładunku większość nośników ładunku w materiałach typu p to otwory, podczas gdy większość nośników ładunku w materiałach typu N to elektrony. Gdy dwa materiały są w kontakcie, ze względu na różnicę w stężeniu nośnika, elektrony w materiałach typu N rozproszą się do typu p, podczas gdy elektrony w materiałach typu N rozpowszechniane będą w przeciwnym kierunku do otworów. Nieskompensowany obszar pozostawiony przez dyfuzję elektronów i otworów utworzy wbudowane pole elektryczne, a wbudowane pole elektryczne będzie trenować dryf nośnika, a kierunek dryfu jest naprzeciwko kierunku dyfuzji, co oznacza, że tworzenie wbudowanego pola elektrycznego zapobiega rozpowszechnianiu nośników, a zarówno dyfuzja, jak i dryf w środku PN, aż do dwóch rodzajów ruchu, tak że jest równe, że przepływ statycznego jest zero. Wewnętrzna równowaga dynamiczna.
Gdy złącze PN jest narażone na promieniowanie światła, energia fotonu jest przenoszona do nośnika i wytwarzana jest fotogenerowana nośnik, to znaczy fotogenerowana para elektronowa. Pod działaniem pola elektrycznego elektron i otwór dryfują odpowiednio do regionu N i regionu P, a kierunkowy dryf fotogenerowanego nośnika wytwarza fotoprąd. Jest to podstawowa zasada fotodetektora połączenia PN.
(3)Fotodetektor pin
Fotodioda pin jest materiałem typu P i materiałem typu N między warstwą I, warstwa I materiału jest na ogół materiałem wewnętrznym lub niskim domieszką. Jego mechanizm roboczy jest podobny do połączenia PN, gdy złącze PIN jest narażone na promieniowanie światła, foton przenosi energię do elektronu, wytwarzając fotogenerowane nośniki ładunku, a wewnętrzne pole elektryczne lub zewnętrzne pole elektryczne oddzieli pary fotogenerowane elektron-hole w warstwie wyczerpania, a dryfowane nośniki będą tworzyć prąd w obwodzie zewnętrznym. Rolą odgrywającą warstwę I jest rozszerzenie szerokości warstwy wyczerpania, a warstwa I całkowicie stanie się warstwą wyczerpania przy dużym napięciu stronniczości, a wygenerowane pary elektronu zostaną szybko rozdzielone, więc prędkość odpowiedzi fotodetektora połączenia pinów jest ogólnie szybsza niż w detektorze pn. Nośniki poza warstwą I są również zbierane przez warstwę wyczerpania przez ruch dyfuzyjny, tworząc prąd dyfuzyjny. Grubość warstwy I jest ogólnie bardzo cienka, a jej celem jest poprawa prędkości reakcji detektora.
(4)APD fotodetektorFotodioda lawinowa
MechanizmFotodioda lawinowajest podobny do skrzyżowania PN. Fotodetektor APD wykorzystuje mocno domieszkowane połączenie PN, napięcie robocze oparte na wykryciu APD jest duże, a gdy dodaje się duże odwrotne odchylenie, jonizacja kolizji i mnożenie lawinowe nastąpi w APD, a wydajność detektora jest zwiększona fotoprąd. Gdy APD jest w trybie odwrotnego odchylenia, pole elektryczne w warstwie wyczerpania będzie bardzo silne, a fotogenerowane nośniki wytwarzane przez światło zostaną szybko rozdzielone i szybko dryfują pod działaniem pola elektrycznego. Istnieje prawdopodobieństwo, że elektrony wpadną na sieć podczas tego procesu, powodując zjonizowanie elektronów w sieci. Proces ten jest powtarzany, a jony zjonizowane w sieci również zderzają się z sieci, powodując wzrost liczby nośników ładunku w APD, co powoduje duży prąd. To unikalny fizyczny mechanizm w APD detektory oparte na APD mają na ogół charakterystykę szybkiej prędkości odpowiedzi, dużej wartości prądu i wysokiej czułości. W porównaniu z połączeniem PN i połączeniem PIN, APD ma szybszą prędkość reakcji, co jest najszybszą prędkością reakcji wśród obecnych rur światłoczułych.
(5) Schottky Junction Photodetektor
Podstawową strukturą fotodetektora Schottky'ego jest dioda Schottky'ego, której cechy elektryczne są podobne do opisanego powyżej połączenia PN i ma jednocypową przewodność z pozytywnym przewodnictwem i odwrotnym odcięciem. Gdy metal o wysokiej funkcji pracy i półprzewodnik o niskim kontakcie z funkcją pracy, powstaje bariera Schottky'ego, a powstałe połączenie to skrzyżowanie Schottky. Główny mechanizm jest nieco podobny do połączenia PN, przyjmując półprzewodniki typu N jako przykład, gdy tworzą się dwa materiały, ze względu na różne stężenia elektronów dwóch materiałów, elektrony w półprzewodnika rozpowszechniają się do strony metalowej. Rozproszone elektrony gromadzą się nieustannie na jednym końcu metalu, niszcząc w ten sposób oryginalną elektryczną neutralność metalu, tworząc wbudowane pole elektryczne od półprzewodnika do metalu na powierzchni kontaktowej, a elektrony dryfują pod działaniem wewnętrznego pola elektrycznego, a dyfuzja dyfuzji i dryfu przewoźnika zostaną przeniesione jednocześnie, po okresie dynamicznego, a wreszcie Forma Schottky. W warunkach światła obszar barierowy bezpośrednio pochłania światło i generuje pary elektronu, podczas gdy fotogenerowane nośniki wewnątrz połączenia PN muszą przejść przez obszar dyfuzji, aby dotrzeć do regionu połączenia. W porównaniu z połączeniem PN fotodetektor oparty na połączeniu Schottky ma szybszą prędkość odpowiedzi, a prędkość odpowiedzi może nawet osiągnąć poziom NS.
Czas postu: 13-2024 sierpnia