Type fotodetektorenhedsstruktur

TypePhotodetector -enhedstruktur
Fotodetektorer en enhed, der konverterer optisk signal til elektrisk signal, ‌ dens struktur og variation, ‌ kan hovedsageligt opdeles i følgende kategorier: ‌
(1) Fotokonduktiv fotodetektor
Når fotokonduktive enheder udsættes for lys, øger den fotogenererede bærer deres ledningsevne og reducerer deres modstand. Luftfartsselskaberne, der er ophidset ved stuetemperatur, bevæger sig på en retningsbestemt måde under virkningen af ​​et elektrisk felt og genererer således en strøm. Under betingelsen af ​​lys er elektroner begejstrede, og overgangen forekommer. På samme tid driver de under handlingen af ​​et elektrisk felt for at danne en fotostrøm. De resulterende fotogenererede bærere øger ledningsevnen på enheden og reducerer således modstanden. Fotokonduktive fotodetektorer viser normalt høj forstærkning og stor lydhørhed i ydeevnen, men de kan ikke reagere på højfrekvente optiske signaler, så responshastigheden er langsom, hvilket begrænser anvendelsen af ​​fotokonduktive enheder i nogle aspekter.

(2)PN -fotodetektor
PN-fotodetektor dannes af kontakten mellem P-type halvledermateriale og N-type halvledermateriale. Før kontakten dannes, er de to materialer i en separat tilstand. Fermi-niveauet i P-type halvleder ligger tæt på kanten af ​​valensbåndet, mens Fermi-niveauet i N-type halvleder er tæt på kanten af ​​ledningsbåndet. På samme tid forskydes fermi-niveauet for N-typematerialet i kanten af ​​ledningsbåndet kontinuerligt nedad, indtil Fermi-niveauet for de to materialer er i samme position. Ændringen af ​​ledningsbåndet og valensbåndet ledsages også af bøjningen af ​​båndet. PN -krydset er i ligevægt og har et ensartet fermi -niveau. Fra aspektet af ladningsbæreranalyse er de fleste af ladningsbærere i P-type materialer huller, mens de fleste af ladningsbærere i N-type materialer er elektroner. Når de to materialer er i kontakt, på grund af forskellen i bærekoncentration, vil elektronerne i N-type materialer diffundere til P-type, mens elektronerne i N-type materialer vil diffundere i den modsatte retning af hullerne. Det ukompenserede område, der er efterladt af diffusionen af ​​elektroner og huller, vil danne et indbygget elektrisk felt, og det indbyggede elektriske felt vil trendbærerdrift, og driftens retning er lige modsat diffusionsretningen, hvilket betyder, at dannelsen af ​​det indbyggede elektriske felt forhindrer diffusionen af ​​bærer, og der er både diffusion og drift inde i PN-krydset, indtil de to slags bevægelser er balanceret, så det statiske bærer er Zea. Intern dynamisk balance.
Når PN-krydset udsættes for let stråling, overføres energien i fotonen til bæreren, og den fotogenererede bærer, det vil sige det fotogenererede elektronhullepar, genereres. Under virkningen af ​​det elektriske felt genererer elektronet og hullet til henholdsvis N -regionen og P -regionen, og den retningsbestemte drift af det fotogenererede bærer genererer fotostrøm. Dette er det grundlæggende princip for PN -kryds -fotodetektor.

(3)Pin -fotodetektor
Pin-fotodiode er et P-type materiale og N-type materiale mellem I-laget, I-laget af materialet er generelt et iboende eller lavt doperende materiale. Dens arbejdsmekanisme ligner PN-krydset, når pin-krydset udsættes for lysstråling, fotonen overfører energi til elektronet, genererer fotogenererede ladningsbærere, og det interne elektriske felt eller det eksterne elektriske felt vil adskille det fotogenererede elektronhulspar i udtømningslaget, og de drevede ladningsbærere vil danne et strøm i det ydre kredsløb. Den rolle, der spilles af lag I, er at udvide bredden af ​​udtømningslaget, og laget jeg vil blive fuldstændigt udtømningslaget under en stor forspændingsspænding, og de genererede elektronhullepar vil hurtigt blive adskilt, så responshastigheden for pin-krydsetfotodetektoren er generelt hurtigere end PN-krydsdetektoren. Bærere uden for I -laget opsamles også ved udtømningslaget gennem diffusionsbevægelse og danner en diffusionsstrøm. Tykkelsen af ​​I -laget er generelt meget tynd, og dets formål er at forbedre detektorens responshastighed.

(4)APD -fotodetektorAvalanche -fotodiode
Mekanismen forAvalanche -fotodiodesvarer til PN -krydset. APD -fotodetektor bruger stærkt doteret PN -kryds, driftsspændingen baseret på APD -detektion er stor, og når en stor omvendt forspænding tilsættes, vil kollisionsionisering og lavine -multiplikation forekomme inde i APD, og ​​detektorens ydelse øges det for øget fotostrøm. Når APD er i omvendt bias -tilstand, vil det elektriske felt i udtømningslaget være meget stærkt, og de fotogenererede bærere genereret af lys vil hurtigt blive adskilt og hurtigt drive under virkningen af ​​det elektriske felt. Der er en sandsynlighed for, at elektroner vil støde på gitteret under denne proces, hvilket får elektronerne i gitteret til at blive ioniseret. Denne proces gentages, og de ioniserede ioner i gitteret kolliderer også med gitteret, hvilket får antallet af ladningsbærere i APD til at stige, hvilket resulterer i en stor strøm. Det er denne unikke fysiske mekanisme inde i APD, at APD-baserede detektorer generelt har egenskaberne ved hurtig responshastighed, stor strømforøgelse og høj følsomhed. Sammenlignet med PN Junction og Pin Junction har APD en hurtigere responshastighed, som er den hurtigste responshastighed blandt de aktuelle fotosensitive rør.

(5) Schottky Junction Photodetector
Den grundlæggende struktur af Schottky Junction Photodetector er en Schottky-diode, hvis elektriske egenskaber ligner dem i PN-krydset beskrevet ovenfor, og den har ensrettet ledningsevne med positiv ledning og omvendt afskæring. Når et metal med en høj arbejdsfunktion og en halvleder med en lav arbejdsfunktionsformkontakt, dannes en Schottky -barriere, og det resulterende kryds er et Schottky -kryds. Hovedmekanismen ligner noget som PN-krydset, der tager N-type halvledere som et eksempel, når to materialer danner kontakt, på grund af de forskellige elektronkoncentrationer af de to materialer, vil elektronerne i halvlederen diffundere til metallsiden. De diffunderede elektroner akkumuleres kontinuerligt i den ene ende af metallet og ødelægger således den originale elektriske neutralitet af metallet, danner et indbygget elektrisk felt fra halvlederen til metallet på kontaktoverfladen, og elektronerne vil drive under handlingen af ​​det indre elektriske felt, og bærerens diffusion og drivbevægelse vil blive udført samtidig, efter en tidsperiode for at nå dynamisk ligevægt, og til sidst form en schott-bevægelse. Under lysforhold absorberer barriereområdet direkte lys og genererer elektronhullepar, mens de fotogenererede bærere inde i PN-krydset skal passere gennem diffusionsregionen for at nå forbindelsesregionen. Sammenlignet med PN -krydset har fotodetektoren baseret på Schottky -kryds en hurtigere responshastighed, og responshastigheden kan endda nå NS -niveau.