Fotodetektorinio įrenginio struktūros tipas

Tipasfotodetektorinis prietaisasstruktūra
Fotodetektoriusyra įrenginys, paverčiantis optinį signalą į elektrinį signalą, jo struktūrą ir įvairovę, ‌ daugiausia galima suskirstyti į šias kategorijas: ‌
(1) Fotolaidus fotodetektorius
Kai fotolaidžius prietaisus veikia šviesa, fotogeneruotas nešiklis padidina jų laidumą ir sumažina atsparumą. Kambario temperatūroje sužadinti nešikliai, veikiami elektrinio lauko, juda kryptingai, taip generuodami srovę. Šviesos sąlygomis elektronai sužadinami ir vyksta perėjimas. Tuo pačiu metu jie dreifuoja veikiami elektrinio lauko, sudarydami fotosrovę. Gauti fotogeneruoti nešikliai padidina įrenginio laidumą ir taip sumažina varžą. Fotolaidžių fotodetektorių veikimas paprastai yra didelis, tačiau jie negali reaguoti į aukšto dažnio optinius signalus, todėl atsako greitis yra lėtas, o tai kai kuriais aspektais riboja fotolaidžių įrenginių taikymą.

(2)PN fotodetektorius
PN fotodetektorius susidaro kontaktuojant P tipo puslaidininkinei medžiagai ir N tipo puslaidininkinei medžiagai. Prieš susiformuojant kontaktui, 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 yra nuolat slenkamas žemyn, kol abiejų medžiagų Fermi lygis yra toje pačioje padėtyje. Laidumo juostos ir valentinės juostos padėties pasikeitimą taip pat lydi juostos lenkimas. PN sandūra yra pusiausvyroje ir turi vienodą Fermi lygį. Krūvininkų analizės požiūriu dauguma P tipo medžiagų krūvininkų yra skylės, o N tipo medžiagose dauguma krūvininkų yra elektronai. Kai abi medžiagos liečiasi, dėl nešiklio koncentracijos skirtumo N tipo medžiagose esantys elektronai difunduos į P tipą, o N tipo medžiagose esantys elektronai difunduos priešinga kryptimi nei skylės. Nekompensuotas plotas, paliktas dėl elektronų ir skylių difuzijos, sudarys įmontuotą elektrinį lauką, o įtaisytasis elektrinis laukas nešlio dreifo tendenciją, o dreifo kryptis yra priešinga difuzijos krypčiai, o tai reiškia, kad Įtaisyto elektrinio lauko susidarymas neleidžia sklisti nešikliui, o PN sandūroje yra ir difuzija, ir dreifas, kol abiejų rūšių judesiai bus subalansuoti, kad statinis nešiklio srautas būtų lygus nuliui. Vidinis dinaminis balansas.
Kai PN sandūra yra veikiama šviesos spinduliuotės, fotono energija perduodama nešikliui ir susidaro fotogeneruotas nešiklis, tai yra fotogeneruota elektronų skylės pora. Veikiant elektriniam laukui, elektronas ir skylė nukrypsta atitinkamai į N sritį ir P sritį, o fotogeneruoto nešiklio krypties dreifas sukuria fotosrovę. Tai yra pagrindinis PN sandūros fotodetektoriaus principas.

(3)PIN fotodetektorius
Smeigtuko fotodiodas yra P tipo medžiaga ir N tipo medžiaga tarp I sluoksnio, I medžiagos sluoksnis paprastai yra būdinga arba mažai legiruojanti medžiaga. Jo veikimo mechanizmas panašus į PN sandūrą, kai PIN sandūrą veikia šviesos spinduliuotė, fotonas perduoda energiją elektronui, generuodamas fotogeneruotus krūvininkus, o vidinis elektrinis laukas arba išorinis elektrinis laukas atskirs fotogeneruojamą elektronų skylę. porų išsekimo sluoksnyje, o dreifuojantys krūvininkai suformuos srovę išorinėje grandinėje. I sluoksnio vaidmuo yra išplėsti išsekančio sluoksnio plotį, o sluoksnis I visiškai taps išsekimo sluoksniu, esant didelei poslinkio įtampai, o sukurtos elektronų skylės poros bus greitai atskirtos, todėl atsako greitis PIN jungties fotodetektorius paprastai yra greitesnis nei PN jungties detektorius. Nešėjai, esantys už I sluoksnio, taip pat surenkami išsekimo sluoksnio difuzijos judesiu, sudarydami difuzijos srovę. I sluoksnio storis paprastai yra labai plonas, o jo tikslas yra pagerinti detektoriaus atsako greitį.

(4)APD fotodetektoriuslavinos fotodiodas
Mechanizmas,lavinos fotodiodasyra panašus į PN sankryžą. APD fotodetektorius naudoja stipriai legiruotą PN jungtį, darbinė įtampa, pagrįsta APD aptikimu, yra didelė, o pridėjus didelį atvirkštinį poslinkį, APD viduje įvyks susidūrimo jonizacija ir lavinų dauginimasis, o detektoriaus našumas padidėja fotosrove. Kai APD veikia atvirkštinio poslinkio režimu, elektrinis laukas išsekimo sluoksnyje bus labai stiprus, o šviesos generuojami fotogeneratoriai greitai atsiskirs ir greitai dreifuoja veikiant elektriniam laukui. Yra tikimybė, kad šio proceso metu elektronai atsitrenks į gardelę, todėl gardelės elektronai jonizuojasi. Šis procesas kartojasi, o jonizuoti jonai gardelyje taip pat susiduria su gardelėmis, todėl APD krūvininkų skaičius didėja, todėl susidaro didelė srovė. Būtent šis unikalus fizinis mechanizmas APD viduje, kad APD pagrįsti detektoriai paprastai pasižymi greito atsako greičiu, dideliu srovės vertės padidėjimu ir dideliu jautrumu. Palyginti su PN jungtimi ir PIN jungtimi, APD atsako greitis yra greitesnis, o tai yra greičiausias atsako greitis tarp dabartinių šviesai jautrių vamzdžių.

(5) Šotkio sandūros fotodetektorius
Pagrindinė Schottky jungties fotodetektoriaus struktūra yra Šotkio diodas, kurio elektrinės charakteristikos yra panašios į aukščiau aprašytas PN jungties charakteristikas, o jo laidumas yra vienakryptis su teigiamu laidumu ir atvirkštine ribą. Kai metalas, turintis didelę darbinę funkciją, ir puslaidininkis, turintis mažą darbo funkciją, sudaro kontaktą, susidaro Šotkio barjeras, o gauta sandūra yra Šotkio sandūra. Pagrindinis mechanizmas yra šiek tiek panašus į PN sandūrą, kaip pavyzdį imant N tipo puslaidininkius, kai dviem medžiagoms susiliejus dėl skirtingų dviejų medžiagų elektronų koncentracijos puslaidininkyje esantys elektronai išsisklaidys į metalinę pusę. Išsklaidyti elektronai nepertraukiamai kaupiasi viename metalo gale, taip sunaikindami pradinį metalo elektrinį neutralumą, suformuodami įmontuotą elektrinį lauką nuo puslaidininkio iki metalo kontaktiniame paviršiuje, o elektronai dreifuoja veikiami metalo. vidinis elektrinis laukas, o nešiklio difuzijos ir dreifo judesiai bus atliekami vienu metu, po tam tikro laiko, kad būtų pasiekta dinaminė pusiausvyra ir galiausiai susidarytų Šotkio sandūra. Šviesos sąlygomis barjerinė sritis tiesiogiai sugeria šviesą ir generuoja elektronų skylių poras, o fotogeneruoti nešikliai PN jungties viduje turi praeiti pro difuzijos sritį, kad pasiektų jungties sritį. Palyginti su PN jungtimi, fotodetektorius, pagrįstas Schottky jungtimi, turi didesnį atsako greitį, o atsako greitis gali siekti net ns lygį.