Tüüpfotodetektor seadestruktuur
Fotodetektoron seade, mis teisendab optilise signaali elektrisignaaliks, selle struktuuri ja mitmekesisuse võib jagada peamiselt järgmistesse kategooriatesse:
(1) Fotojuhtiv fotodetektor
Kui fotojuhtivad seadmed puutuvad kokku valgusega, suurendab fotogenereeritud kandja nende juhtivust ja vähendab nende takistust. Toatemperatuuril ergastatud kandjad liiguvad elektrivälja toimel suunatult, tekitades seega voolu. Valguse tingimustes elektronid ergastuvad ja toimub üleminek. Samal ajal triivivad nad elektrivälja toimel, moodustades fotovoolu. Saadud fotogenereeritud kandjad suurendavad seadme juhtivust ja vähendavad seeläbi takistust. Fotojuhtivad fotodetektorid näitavad tavaliselt suurt võimendust ja suurt jõudlust, kuid nad ei suuda reageerida kõrgsageduslikele optilistele signaalidele, mistõttu reageerimiskiirus on aeglane, mis piirab mõnes aspektis fotojuhtivate seadmete kasutamist.
(2)PN fotodetektor
PN-fotodetektor moodustub P-tüüpi pooljuhtmaterjali ja N-tüüpi pooljuhtmaterjali kokkupuutel. Enne kontakti moodustumist on need kaks materjali eraldi olekus. Fermi tase P-tüüpi pooljuhtides on valentsriba serva lähedal, samas kui Fermi tase N-tüüpi pooljuhtides on juhtivusriba serva lähedal. Samal ajal nihutatakse N-tüüpi materjali Fermi taset juhtivusriba servas pidevalt allapoole, kuni kahe materjali Fermi tase on samas asendis. Juhtivusriba ja valentsriba asukoha muutumisega kaasneb ka riba paindumine. PN-ristmik on tasakaalus ja sellel on ühtlane Fermi tase. Laengukandjate analüüsi seisukohalt on P-tüüpi materjalide laengukandjatest suurem osa augud, N-tüüpi materjalide laengukandjatest aga elektronid. Kui need kaks materjali puutuvad kokku, hajuvad N-tüüpi materjalide elektronid kandja kontsentratsiooni erinevuse tõttu P-tüüpi, samas kui N-tüüpi materjalides olevad elektronid difundeeruvad aukudele vastupidises suunas. Elektronide ja aukude difusioonist jäetud kompenseerimata ala moodustab sisseehitatud elektrivälja ja sisseehitatud elektriväljal on kandja triivimise trend ning triivi suund on täpselt vastupidine difusiooni suunale, mis tähendab, et sisseehitatud elektrivälja moodustumine takistab kandjate difusiooni ning PN-ristmiku sees on nii difusioon kui ka triiv, kuni mõlemad liikumised on tasakaalus, nii et staatiline kandevool on null. Sisemine dünaamiline tasakaal.
Kui PN-siirde puutub kokku valguskiirgusega, kandub footoni energia kandjale ja tekib fotogenereeritud kandja ehk fotogenereeritud elektron-augu paar. Elektrivälja toimel triivivad elektron ja auk vastavalt N-piirkonda ja P-piirkonda ning fotogenereeritud kandja suunatriiv tekitab fotovoolu. See on PN-siirde fotodetektori põhiprintsiip.
(3)PIN-koodiga fotodetektor
Pin fotodiood on P-tüüpi materjal ja N-tüüpi materjal I kihi vahel, materjali I kiht on üldiselt sisemine või vähese dopinguga materjal. Selle töömehhanism sarnaneb PN-siirde omaga, kui PIN-siirde puutub kokku valguskiirgusega, kannab footon energiat elektronile, tekitades fotogenereeritud laengukandjaid ning sisemine elektriväli või väline elektriväli eraldab fotogenereeritud elektronaugu. paarid ammendumiskihis ja triivivad laengukandjad moodustavad välisahelas voolu. Kihi I roll on ammendumise kihi laiuse laiendamine ja kiht I muutub suure eelpinge all täielikult ammendumise kihiks ning genereeritud elektron-augu paarid eraldatakse kiiresti, nii et kihi reaktsioonikiirus PIN-ühenduse fotodetektor on üldiselt kiirem kui PN-ühenduse detektor. Väljaspool I kihti kandjaid kogub kahanemiskiht difusiooniliikumise kaudu, moodustades difusioonivoolu. I kihi paksus on üldiselt väga õhuke ja selle eesmärk on parandada detektori reageerimiskiirust.
(4)APD fotodetektorlaviini fotodiood
Mehhanism,laviini fotodioodon sarnane PN-ristmiku omaga. APD fotodetektor kasutab tugevalt legeeritud PN-siirdeid, APD tuvastamisel põhinev tööpinge on suur ja kui lisada suur pöördnihe, tekib APD sees kokkupõrke ionisatsioon ja laviinide paljunemine ning detektori jõudlus on suurenenud fotovoolus. Kui APD on vastupidises nihkerežiimis, on ammendumise kihi elektriväli väga tugev ning valguse tekitatud fotogenereeritud kandjad eralduvad kiiresti ja triivivad kiiresti elektrivälja toimel. On tõenäoline, et selle protsessi käigus põrkuvad elektronid võre vastu, põhjustades võres olevate elektronide ioniseerumist. Seda protsessi korratakse ja võrega põrkuvad kokku ka võres olevad ioniseeritud ioonid, mistõttu APD-s laengukandjate arv suureneb, mille tulemusena tekib suur vool. Just see ainulaadne füüsiline mehhanism APD-s on see, et APD-põhistel detektoritel on üldiselt kiire reageerimiskiirus, suur vooluväärtuse võimendus ja kõrge tundlikkus. Võrreldes PN- ja PIN-ristmikuga on APD-l kiirem reageerimiskiirus, mis on praeguste valgustundlike torude seas kiireim reageerimiskiirus.
(5) Schottky ristmiku fotodetektor
Schottky ristmiku fotodetektori põhistruktuur on Schottky diood, mille elektrilised omadused on sarnased ülalkirjeldatud PN-siirde omadega ning millel on ühesuunaline juhtivus positiivse juhtivuse ja vastupidise väljalülitusega. Kui kontakti moodustavad kõrge tööfunktsiooniga metall ja madala tööfunktsiooniga pooljuht, tekib Schottky barjäär, mille tulemusena tekib Schottky ristmik. Peamine mehhanism on mõnevõrra sarnane PN-siirdega, võttes näiteks N-tüüpi pooljuhid, kui kahe materjali kokkupuutel tekib kahe materjali erineva elektronide kontsentratsiooni tõttu pooljuhis olevate elektronide difundeerumine metalli poolele. Hajutatud elektronid akumuleeruvad pidevalt metalli ühte otsa, hävitades seega metalli algse elektrilise neutraalsuse, moodustades kontaktpinnal pooljuhist metallile sisseehitatud elektrivälja ning elektronid triivivad metalli mõjul. sisemine elektriväli ning kandja difusiooni- ja triiviliikumine toimub samaaegselt, teatud aja pärast, et saavutada dünaamiline tasakaal ja lõpuks moodustada Schottky ristmik. Valgustingimustes neelab tõkkepiirkond otse valgust ja genereerib elektron-augu paare, samas kui PN-ristmiku sees olevad fotogenereeritud kandjad peavad ristmikupiirkonda jõudmiseks läbima difusioonipiirkonna. Võrreldes PN-ristmikuga on Schottky ristmikul põhineval fotodetektoril kiirem reageerimiskiirus ja reageerimiskiirus võib ulatuda isegi ns-ni.
Postitusaeg: 13. august 2024