Typfotodetektorové zařízenístruktura
Fotodetektorje zařízení, které převádí optický signál na elektrický signál, jeho strukturu a odrůdu, lze hlavně rozdělit do následujících kategorií:
(1) Fotokonsutivní fotodetektor
Když jsou fotookuktivní zařízení vystavena světlu, fotogenerovaný nosič zvyšuje jejich vodivost a snižuje jejich odpor. Nosiče nadšené při teplotě místnosti se pohybují směrovým způsobem pod působením elektrického pole, čímž vytvářejí proud. Pod podmínkou světla jsou elektrony vzrušeny a dochází k přechodu. Současně se unášejí pod působením elektrického pole, aby vytvořili fotoproud. Výsledné fotogenerované nosiče zvyšují vodivost zařízení a snižují tak odpor. Fotokovorativní fotodetektory obvykle vykazují vysoký zisk a velkou citlivost ve výkonu, ale nemohou reagovat na vysokofrekvenční optické signály, takže rychlost odezvy je pomalá, což v některých aspektech omezuje aplikaci fotovodičních zařízení.
(2)PN fotodetektor
PN fotodetektor je tvořen kontaktem mezi polovodičovým materiálem typu p a polovodičovým materiálem typu N. Před vytvořením kontaktu jsou oba materiály v samostatném stavu. Hladina Fermi v polovodiči typu p je blízko okraje valenčního pásma, zatímco hladina Fermi v polovodiči typu N je blízko okraje vodivého pásma. Současně je hladina Fermi materiálu typu N na okraji vodivého pásma nepřetržitě posunuta dolů, dokud není úroveň Fermi obou materiálů ve stejné poloze. Změna polohy vodivého pásma a valenčního pásma je také doprovázena ohýbáním pásma. PN křižovatka je v rovnováze a má rovnoměrnou fermi úroveň. Z aspektu analýzy nosiče náboje jsou většina nosičů náboje v materiálech typu P díry, zatímco většina nosičů náboje v materiálech typu N jsou elektrony. Když jsou dva materiály v kontaktu, kvůli rozdílu v koncentraci nosiče se elektrony v materiálech typu N difundují na typ p, zatímco elektrony v materiálech typu N se difundují v opačném směru k otvorům. The uncompensated area left by the diffusion of electrons and holes will form a built-in electric field, and the built-in electric field will trend carrier drift, and the direction of drift is just opposite to the direction of diffusion, which means that the formation of the built-in electric field prevents the diffusion of carriers, and there are both diffusion and drift inside the PN junction until the two kinds of motion are balanced, so that the static carrier flow is zero. Vnitřní dynamická rovnováha.
Když je křižovatka PN vystavena světelnému záření, je energie přenesena na nosič a vytvoří se fotogenerovaný nosič, tj. Fotogenerovaný pár elektronových otvorů. Pod působením elektrického pole se elektron a otvory unáší do oblasti N a oblasti P a směrový drift fotogenerovaného nosiče vytváří fotoproud. Toto je základní princip fotodetektoru PN Junction.
(3)PIN Photodetektor
PIN Photodiode je materiál typu p a materiál typu N mezi vrstvou I, vrstva I materiálu je obecně vlastní nebo nízko-dopingový materiál. Jeho pracovní mechanismus je podobný spojku PN, když je křižovatka kolíku vystavena světelnému záření, foton přenáší energii na elektron, generuje fotogenerované nosiče náboje a vnitřní elektrické pole nebo vnější elektrické pole oddělí fotogenerované páry elektron otvorů ve vrstvě vyčerpání a v externím obvodu bude proud v externím okruhu. Úlohou, kterou hraje vrstvou I, je rozšíření šířky vrstvy deplece a vrstva, kterou se já zcela stane vrstvou deplece pod velkým zkreslením napětí, a generované páry elektronových otvorů se rychle oddělí, takže rychlost odezvy fotodetektoru kolíku je obecně rychlejší než u detektoru křižovatky PN. Nosiče mimo vrstvu I jsou také shromažďovány vrstvou deplece difúzním pohybem a vytvářejí difúzní proud. Tloušťka vrstvy I je obecně velmi tenká a jeho účelem je zlepšit rychlost odezvy detektoru.
(4)APD fotodetektorAlaranche Photodiode
MechanismusAlaranche Photodiodeje podobný křižovatce PN. APD fotodetektor používá silně dopovaný PN křižovatka, provozní napětí založené na detekci APD je velké, a když se přidá velká reverzní zkreslení, uvnitř APD dojde ke kolizní ionizaci a lavinovou násobení a výkon detektoru je zvýšen fotoocentní. Když je APD v režimu zpětného zkreslení, elektrické pole ve vrstvě vyčerpání bude velmi silné a fotogenerované nosiče generované světlem budou rychle odděleny a rychle se unášejí pod působením elektrického pole. Je pravděpodobné, že během tohoto procesu narazí elektrony do mřížky, což způsobí ionizaci elektronů v mřížce. Tento proces se opakuje a ionizované ionty v mřížce se také srazí s mřížkou, což způsobuje zvýšení počtu nosičů náboje v APD, což má za následek velký proud. Je to jedinečný fyzický mechanismus uvnitř APD, že detektory založené na APD mají obecně vlastnosti rychlé rychlosti odezvy, zisku velkého proudu a vysoké citlivosti. Ve srovnání s PN Junction a Pin Junction má APD rychlejší rychlost odezvy, což je nejrychlejší rychlost odezvy mezi současnými fotocitlivými zkumavkami.
(5) Fotodetektiv Schotttkyho Junction
Základní strukturou fotodetektoru Schottkyho Junction je Schottkyho dioda, jejíž elektrické charakteristiky jsou podobné vlastnostem výše popsané PN křižovatky a má jednosměrnou vodivost s pozitivním vedením a reverzním omezením. Když kov s vysokou pracovní funkcí a polovodičem s nízkou funkční funkcí kontaktuje, vytvoří se Schottského bariéra a výsledným spojením je křižovatka Schottky. Hlavní mechanismus je poněkud podobný křižovatce PN, přičemž jako příklad bere polovodiče typu N, když dva materiály tvoří kontakt, kvůli různým koncentracím elektronů obou materiálů se elektrony v polovodiči rozptýlí na kovovou stranu. The diffused electrons accumulate continuously at one end of the metal, thus destroying the original electrical neutrality of the metal, forming a built-in electric field from the semiconductor to the metal on the contact surface, and the electrons will drift under the action of the internal electric field, and the carrier's diffusion and drift motion will be carried out simultaneously, after a period of time to reach dynamic equilibrium, and finally form a Schottky junction. Za světelných podmínek bariérová oblast přímo absorbuje světlo a generuje páry elektronových děr, zatímco fotogenerované nosiče uvnitř křižovatky PN musí projít difúzní oblastí, aby dosáhly křižovatky. Ve srovnání s PN Junction má fotodetektor založený na Schottkyho křižovatce rychlejší rychlost odezvy a rychlost odezvy může dokonce dosáhnout úrovně NS.
Čas příspěvku: srpen 13-2024