Type affotodetektor enhedstruktur
Fotodetektorer en enhed, der konverterer optisk signal til elektrisk signal, dets struktur og variation, kan hovedsageligt opdeles i følgende kategorier:
(1) Fotoledende fotodetektor
Når fotoledende enheder udsættes for lys, øger den fotogenererede bærer deres ledningsevne og mindsker deres modstand. Bærere, der exciteres ved stuetemperatur, bevæger sig i en retningsbestemt måde under påvirkning af et elektrisk felt og genererer således en strøm. Under lysets tilstand exciteres elektroner, og der sker en overgang. Samtidig driver de under påvirkning af et elektrisk felt for at danne en fotostrøm. De resulterende fotogenererede bærere øger enhedens ledningsevne og reducerer dermed modstanden. Fotoledende fotodetektorer viser normalt høj forstærkning og stor reaktionsevne i ydeevne, 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 er dannet 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 er tæt på kanten af valensbåndet, mens Fermi-niveauet i N-type halvleder er tæt på kanten af ledningsbåndet. Samtidig forskydes Fermi-niveauet af N-type-materialet ved kanten af ledningsbåndet kontinuerligt nedad, indtil Fermi-niveauet for de to materialer er i samme position. Ændringen af positionen af ledningsbåndet og valensbåndet er også ledsaget af bøjningen af båndet. PN-krydset er i ligevægt og har et ensartet Fermi-niveau. Fra aspektet af ladningsbæreranalyse er de fleste ladningsbærere i P-type materialer huller, mens de fleste ladningsbærere i N-type materialer er elektroner. Når de to materialer er i kontakt, på grund af forskellen i bærerkoncentration, vil elektronerne i N-type materialer diffundere til P-type, mens elektronerne i N-type materialer vil diffundere i modsat retning af hullerne. Det ukompenserede areal efterladt af diffusion af elektroner og huller vil danne et indbygget elektrisk felt, og det indbyggede elektriske felt vil trende bærerdrift, og driftretningen er lige modsat diffusionsretningen, hvilket betyder, at dannelse af det indbyggede elektriske felt forhindrer diffusion af bærere, og der er både diffusion og drift inde i PN-krydset, indtil de to former for bevægelse er afbalanceret, så den statiske bærerstrøm er nul. Intern dynamisk balance.
Når PN-forbindelsen udsættes for lysstråling, overføres fotonens energi til bæreren, og den fotogenererede bærer, det vil sige det fotogenererede elektron-hul-par, genereres. Under påvirkning af det elektriske felt driver elektronen og hullet til henholdsvis N-regionen og P-regionen, og retningsdriften af den fotogenererede bærer genererer fotostrøm. Dette er det grundlæggende princip for PN-junction-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 lav-dopingmateriale. Dens arbejdsmekanisme ligner PN-krydset, når PIN-krydset udsættes for lysstråling, overfører fotonen energi til elektronen, genererer fotogenererede ladningsbærere, og det indre elektriske felt eller det eksterne elektriske felt vil adskille det fotogenererede elektronhul par i udtømningslaget, og de drevne ladningsbærere vil danne en strøm i det eksterne kredsløb. Den rolle, som lag I spiller, er at udvide bredden af udtømningslaget, og laget I bliver fuldstændigt udtømningslaget under en stor forspænding, og de genererede elektron-hul-par vil hurtigt blive adskilt, så reaktionshastigheden af PIN junction fotodetektor er generelt hurtigere end PN junction detektoren. Bærere uden for I-laget opsamles også af udtømningslaget gennem diffusionsbevægelse og danner en diffusionsstrøm. Tykkelsen af I-laget er generelt meget tynd, og dets formål er at forbedre detektorens reaktionshastighed.
(4)APD fotodetektorlavine fotodiode
Mekanismen aflavine fotodiodesvarer til PN-krydset. APD-fotodetektor bruger stærkt dopet PN-junction, driftsspændingen baseret på APD-detektion er stor, og når der tilføjes en stor omvendt bias, vil kollisionsionisering og lavinemultiplikation forekomme inde i APD, og detektorens ydeevne øges 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 påvirkning af det elektriske felt. Der er en sandsynlighed for, at elektroner vil støde ind i 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 karakteristika af hurtig responshastighed, stor strømværdiforstærkning og høj følsomhed. Sammenlignet med PN junction og PIN junction har APD en hurtigere responshastighed, hvilket er den hurtigste responshastighed blandt de nuværende lysfølsomme rør.
(5) Schottky junction fotodetektor
Den grundlæggende struktur af Schottky-junction-fotodetektoren er en Schottky-diode, hvis elektriske karakteristika ligner dem for PN-junctionen 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 arbejdsfunktion danner kontakt, dannes en Schottky-barriere, og den resulterende forbindelse er en Schottky-forbindelse. Hovedmekanismen minder lidt om PN-forbindelsen, idet man 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 metalsiden. De diffuse elektroner akkumuleres kontinuerligt i den ene ende af metallet og ødelægger således metallets oprindelige elektriske neutralitet, og danner et indbygget elektrisk felt fra halvlederen til metallet på kontaktfladen, og elektronerne vil drive under påvirkning af indre elektrisk felt, og bærerens diffusion og driftbevægelse vil blive udført samtidigt, efter en periode for at nå dynamisk ligevægt, og til sidst danne et Schottky-kryds. Under lysforhold absorberer barriereområdet lys direkte og genererer elektron-hul-par, mens de fotogenererede bærere inde i PN-forbindelsen skal passere gennem diffusionsområdet for at nå forbindelsesområdet. Sammenlignet med PN junction har fotodetektoren baseret på Schottky junction en hurtigere responshastighed, og responshastigheden kan endda nå ns niveau.
Indlægstid: 13-aug-2024