Tipofotodetektoriaus įrenginysstruktūra
Fotodetektoriusyra prietaisas, kuris optinį signalą paverčia elektriniu signalu, jo struktūrą ir veislę, daugiausia galima suskirstyti į šias kategorijas:
(1) Fotolaidinis fotodetektorius
Kai fotokondukciniai įtaisai yra veikiami šviesos, fotogeneruotas nešiklis padidina jų laidumą ir sumažina atsparumą. Vežėjai, susiję su kambario temperatūra, juda kryptimi, veikiant elektriniam laukui, taip sukuriant srovę. Esant šviesos sąlygoms, jaudina elektronai ir įvyksta perėjimas. Tuo pačiu metu jie dreifuoja veikiant elektriniam laukui, kad sudarytų foto srovę. Gauti fotogeneruoti nešikliai padidina prietaiso laidumą ir taip sumažina atsparumą. Fotolaidiniai fotodetektoriai paprastai pasižymi dideliu padidėjimu ir dideliu reagavimu į našumą, tačiau jie negali reaguoti į aukšto dažnio optinius signalus, todėl reagavimo greitis yra lėtas, o tai kai kuriais aspektais riboja fotokondukcinių prietaisų taikymą.
(2)PN fotodetektorius
PN fotodetektorių sudaro kontaktas tarp P tipo puslaidininkinės medžiagos ir N tipo puslaidininkinės medžiagos. Prieš formuojant kontaktą, abi medžiagos yra atskiroje būsenoje. Fermi lygis P tipo puslaidininkyje yra arti valentinės juostos krašto, o Fermi lygis N tipo puslaidininkyje yra arti laidumo juostos krašto. Tuo pačiu metu N-tipo medžiagos Fermi lygis laidumo juostos krašte nuolat pasislenka žemyn, kol abiejų medžiagų Fermi lygis yra toje pačioje padėtyje. Pasikeitus laidumo juostos ir valentinės juostos padėties pozicijai taip pat lydi juostos lenkimas. PN sankryža yra pusiausvyroje ir turi vienodą „Fermi“ lygį. Remiantis įkrovos nešiklio analizės aspektu, dauguma P tipo medžiagų įkrovos nešėjų yra skylės, o dauguma N tipo medžiagų įkrovos nešiklių yra elektronai. Kai abi medžiagos liečiasi, dėl nešiklio koncentracijos skirtumo, N tipo medžiagų elektronai išsisklaidys iki P tipo, o N tipo medžiagų elektronai išsisklaidys priešinga kryptimi į skylutes. Nekompensuotas plotas, paliktas elektronų ir skylių sklaidos, sudarys įmontuotą elektrinį lauką, o įmontuotas elektrinis laukas tendencijos nešiklio dreifą, o dreifo kryptis yra priešingai nei difuzijos kryptis, o tai reiškia, kad Integruoto elektrinio lauko formavimas apsaugo nuo nešiklių difuzijos, o pN jungties viduje yra ir difuzijos, ir dreifo, kol dviejų rūšių judesys bus subalansuotas, taigi statinio nešiklio srautas yra lygus nuliui. Vidinė dinaminė pusiausvyra.
Kai PN jungtis veikiama šviesos spinduliuotės, fotono energija perkeliama į nešiklį, o fotogeneruotas nešiklis, tai yra, fotogeneruotos elektronų skylės pora yra sugeneruota. Veikiant elektriniam laukui, elektronas ir skylė dreifuoja atitinkamai į N regioną ir P sritį, o fotogeneruoto nešiklio kryptinis dreifas sukelia fotokurtą. Tai yra pagrindinis „PN Junction“ fotodetektoriaus principas.
(3)PIN fotodetektorius
PIN fotodiodas yra p tipo medžiaga ir N tipo medžiaga Tarp I sluoksnio, medžiagos I sluoksnis paprastai yra vidinė arba maža apkrovos medžiaga. Jo darbo mechanizmas yra panašus į PN sankryžą, kai kaiščio sankryža veikiama šviesos spinduliuotės, fotonas perduoda energiją į elektroną, generuodamas fotogeneruotus krūvio nešiklius, o vidinis elektrinis laukas arba išorinis elektrinis laukas atskirs fotogeneruotą elektronų skylę Poros išeikvojimo sluoksnyje ir dreifuoti krūvio nešikliai išorinėje grandinėje sudarys srovę. I sluoksnio vaidmuo yra išplėsti išeikvojimo sluoksnio plotį, o sluoksnis, kurį aš visiškai tapsiu išeikvojimo sluoksniu, esant didelei šališkumo įtampai, o sugeneruotos elektronų skylės poros bus greitai atskirtos, taigi, atsako greitis. PIN sankryžos fotodetektorius paprastai yra greitesnis nei PN jungties detektoriaus. Vežėjai, esantys už I sluoksnio ribų, taip pat renkami išeikvojimo sluoksniu per difuzijos judesį, sudarydami difuzijos srovę. I sluoksnio storis paprastai yra labai plonas, o jo tikslas yra pagerinti detektoriaus atsako greitį.
(4)APD fotodetektorius„Avalanche“ fotodiodas
The mechanism of„Avalanche“ fotodiodasyra panašus į PN sankryžą. APD fotodetektorius naudoja smarkiai paskirstytą PN jungtį, veikimo įtampa, pagrįsta APD aptikimu, yra didelė, o pridėjus didelį atvirkštinį poslinkį, susidūrimo jonizacija ir lavinos dauginimasis įvyks APD viduje, o detektoriaus veikimas padidėja fotoaparatas. Kai APD veikia atvirkštinio šališkumo režimu, elektros laukas išeikvojimo sluoksnyje bus labai stiprus, o šviesos sukuriami fotogeneruoti nešikliai bus greitai atskirti ir greitai pasitrauks veikiant elektriniam laukui. Yra tikimybė, kad šio proceso metu elektronai pateks į gardelę, todėl gardelės elektronai bus jonizuojami. Šis procesas pakartojamas, o jonizuoti jonai gardelėse taip pat susiduria su gardelėmis, todėl APD krūvio nešėjų skaičius padidėja, todėl didelė srovė. Būtent šis unikalus fizinis mechanizmas APD viduje APD pagrįsti detektoriai paprastai pasižymi greito atsako greičio, didelio srovės vertės padidėjimo ir didelio jautrumo savybėmis. Palyginti su „PN Junction“ ir „PIN Junction“, APD turi greitesnį atsako greitį, kuris yra greičiausias atsako greitis tarp dabartinių fotostruojamų vamzdžių.
(5) „Schottky Junction“ fotodetektorius
Pagrindinė „Schottky Junction“ fotodetektoriaus struktūra yra schottky diodas, kurio elektrinės charakteristikos yra panašios į aukščiau aprašytą PN jungties, ir jis turi vienkryptį laidumą su teigiamu laidumu ir atvirkštine riba. Kai metalas, turintis aukštą darbo funkciją ir puslaidininkis, turintis mažos darbo funkcijos formos kontaktą, susidaro schottky barjeras, o gauta sankryža yra schottky sankryža. Pagrindinis mechanizmas yra šiek tiek panašus į PN sankryžą, kaip pavyzdį, kai dviem medžiagų kontaktas, dėl skirtingos dviejų medžiagų elektronų koncentracijos, paimant N-tipo puslaidininkius, puslaidininkio elektronai išsisklaidys iki metalinės pusės. Difuzuoti elektronai nuolat kaupiasi viename metalo gale, taip sunaikindami originalų metalo elektrinį neutralumą, sudarydami įmontuotą elektrinį lauką nuo puslaidininkio iki metalo ant kontaktinio paviršiaus, o elektronai pasitrauks veikdami veikiant veikiant Vidinis elektrinis laukas, vežėjo difuzijos ir dreifo judesys bus atliekamas vienu metu, po tam tikro laikotarpio, kad pasiektų dinaminę pusiausvyrą, ir galiausiai sudarys Schottky jungtį. Šviesos sąlygomis barjero sritis tiesiogiai sugeria šviesą ir sukuria elektronų skylių poras, o fotogeneruoti nešikliai PN sankryžos viduje turi praeiti per difuzijos sritį, kad pasiektų sankryžos sritį. Palyginti su „PN Junction“, fotodetektorius, pagrįstas „Schottky Junction“, turi greitesnį atsako greitį, o atsakymo greitis netgi gali pasiekti NS lygį.
Pašto laikas: 2012 m. Rugpjūčio 13 d