Type af fotodetektorenhedsstruktur

Type affotodetektorenhedstruktur
Fotodetektorer en enhed, der konverterer optiske signaler til elektriske signaler, dens 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. De bærere, der exciteres ved stuetemperatur, bevæger sig i en retningsbestemt måde under påvirkning af et elektrisk felt og genererer dermed en strøm. Under lysforhold exciteres elektroner, og der sker en overgang. Samtidig driver de under påvirkning af et elektrisk felt og danner en fotostrøm. De resulterende fotogenererede bærere øger enhedens ledningsevne og reducerer dermed modstanden. Fotoledende fotodetektorer viser normalt høj forstærkning og stor responsivitet i ydeevne, men de kan ikke reagere på højfrekvente optiske signaler, så responshastigheden er langsom, hvilket begrænser anvendelsen af ​​fotoledende enheder i nogle aspekter.

(2)PN-fotodetektor
PN-fotodetektoren dannes ved kontakt 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 for N-type materialet ved kanten af ​​ledningsbåndet kontinuerligt nedad, indtil Fermi-niveauet for de to materialer er i samme position. Ændringen af ​​positionen af ​​ledningsbånd og valensbånd ledsages også af bøjning af båndet. PN-overgangen er i ligevægt og har et ensartet Fermi-niveau. Fra et ladningsbæreranalyseperspektiv 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, vil elektronerne i N-type materialer på grund af forskellen i bærerkoncentration diffundere til P-type, mens elektronerne i N-type materialer vil diffundere i den modsatte retning af hullerne. Det ukompenserede område, der efterlades af diffusionen af ​​elektroner og huller, vil danne et indbygget elektrisk felt, og det indbyggede elektriske felt vil have en tendens til bærebølgedrift, og driftretningen er lige modsat diffusionsretningen, hvilket betyder, at dannelsen af ​​det indbyggede elektriske felt forhindrer diffusion af bærebølger, og der er både diffusion og drift inde i PN-overgangen, indtil de to typer bevægelse er afbalanceret, således at den statiske bærebølgestrøm er nul. Intern dynamisk balance.
Når PN-overgangen udsættes for lysstråling, overføres fotonens energi til bæreren, og den fotogenererede bærer, dvs. det fotogenererede elektron-hul-par, genereres. Under påvirkning af det elektriske felt driver elektronen og hullet til henholdsvis N-regionen og P-regionen, og den retningsbestemte drift af den fotogenererede bærer genererer fotostrøm. Dette er det grundlæggende princip for PN-overgangsfotodetektoren.

(3)PIN-fotodetektor
Pin-fotodiode er et P-type materiale og N-type materiale mellem I-laget. Materialets I-lag er generelt et intrinsisk eller lavdoterende materiale. Dens arbejdsmekanisme ligner PN-overgangen. Når PIN-overgangen udsættes for lysstråling, overfører fotonen energi til elektronen, hvilket genererer fotogenererede ladningsbærere. Det interne elektriske felt eller det eksterne elektriske felt adskiller de fotogenererede elektron-hul-par i udtømningslaget, og de afdrevne ladningsbærere danner en strøm i det eksterne kredsløb. Lag I's rolle er at udvide udtømningslagets bredde. Lag I bliver fuldstændigt til udtømningslaget under en stor biasspænding, og de genererede elektron-hul-par adskilles hurtigt. PIN-overgangsfotodetektorens responshastighed er derfor generelt hurtigere end PN-overgangsdetektorens. Bærere uden for I-laget opsamles også af udtømningslaget gennem diffusionsbevægelse og danner en diffusionsstrøm. I-lagets tykkelse er generelt meget tynd, og dets formål er at forbedre detektorens responshastighed.

(4)APD-fotodetektorlavinefotodiode
Mekanismen forlavinefotodiodeligner PN-forbindelsens. APD-fotodetektoren bruger kraftigt doteret PN-forbindelse, driftsspændingen baseret på APD-detektion er stor, og når der tilføjes en stor omvendt bias, vil der forekomme kollisionisering og lavinemultiplikation inde i APD, og ​​detektorens ydeevne øges med hensyn til fotostrømmen. Når APD er i omvendt bias-tilstand, vil det elektriske felt i udtømningslaget være meget stærkt, og de fotogenererede ladningsbærere 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, der gør, at APD-baserede detektorer generelt har karakteristika som hurtig responshastighed, stor strømværdiforstærkning og høj følsomhed. Sammenlignet med PN-forbindelse og PIN-forbindelse har APD en hurtigere responshastighed, hvilket er den hurtigste responshastighed blandt de nuværende lysfølsomme rør.

(5) Schottky-forbindelsesfotodetektor
Den grundlæggende struktur af Schottky-junction-fotodetektoren er en Schottky-diode, hvis elektriske egenskaber ligner dem for den ovenfor beskrevne PN-junction, 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 junction er en Schottky-junction. Hovedmekanismen minder noget om PN-junctionen, hvis man tager N-type halvledere som eksempel, når to materialer danner kontakt, vil elektronerne i halvlederen på grund af de forskellige elektronkoncentrationer i de to materialer diffundere til metalsiden. De diffuse elektroner akkumuleres kontinuerligt i den ene ende af metallet og ødelægger dermed metallets oprindelige elektriske neutralitet, hvilket danner et indbygget elektrisk felt fra halvlederen til metallet på kontaktfladen, og elektronerne vil drive under påvirkning af det indre elektriske felt, og bærerens diffusions- og driftbevægelse vil udføres samtidigt, efter et stykke tid for at nå dynamisk ligevægt og endelig danne en Schottky-junction. Under lysforhold absorberer barriereområdet lys direkte og genererer elektron-hul-par, mens de fotogenererede bærere inde i PN-overgangen skal passere gennem diffusionsområdet for at nå overgangsområdet. Sammenlignet med PN-overgangen har fotodetektoren baseret på Schottky-overgangen en hurtigere responshastighed, og responshastigheden kan endda nå ns-niveau.