Vrstafotodetektorska napravastruktura
Fotodetektorje naprava, ki pretvori optični signal v električni signal, Njegova struktura in raznolikost, je mogoče v glavnem razdeliti na naslednje kategorije:
(1) Fotoprevodni fotodetektor
Ko so fotoprevodne naprave izpostavljene svetlobi, fotogenerirani nosilec poveča njihovo prevodnost in zmanjša njihovo odpornost. Prevozniki, ki so se pri sobni temperaturi vzbudili, se usmerjajo v usmerjeni način pod delovanjem električnega polja in tako ustvarijo tok. Pod svetlobo so elektroni navdušeni in pride do prehoda. Obenem se odpeljejo pod delovanje električnega polja, da tvorijo fototok. Nastali fotogenerirani nosilci povečajo prevodnost naprave in tako zmanjšajo odpornost. Fotoprevodni fotodetektorji običajno kažejo velik dobiček in veliko odzivnost v zmogljivosti, vendar se ne morejo odzvati na visokofrekvenčne optične signale, zato je hitrost odziva počasna, kar omejuje uporabo fotoprevodnih naprav v nekaterih pogledih.
(2)PN fotodetektor
PN fotodetektor nastane s stikom med polprevodniškim materialom tipa P in polprevodniškim materialom N-tipa. Pred oblikovanjem stika sta oba materiala v ločenem stanju. Raven Fermija v polprevodniku P-tipa je blizu roba valenčnega pasu, medtem ko je raven Fermija v N-polprevodniku N blizu roba prevodnega pasu. Hkrati se raven Fermija materiala N-tipa na robu prevočnega pasu nenehno premika navzdol, dokler ni ravni Fermija obeh materialov v istem položaju. Spremembo položaja prevodne pasu in Valence Band spremlja tudi upogibanje skupine. PN stičišče je v ravnovesju in ima enakomerno raven Fermija. Z vidika analize nosilcev naboja je večina nosilcev naboja v materialih P-tipa luknje, medtem ko je večina nosilcev naboja v materialih N-tipa elektrona. Ko sta oba materiala v stiku, se zaradi razlike v koncentraciji nosilca elektroni v materialih tipa N razpršijo na P-tip, medtem ko se bodo elektroni v materialih tipa N razpršili v nasprotni smeri luknje. Nekompenzirano območje, ki ga je zapustila difuzija elektronov in lukenj, bo tvorila vgrajeno električno polje, vgrajeno električno polje pa bo trendi nosilca, smer premika pa je ravno nasprotna smeri difuzije, kar pomeni, da tvorba vgrajenega električnega polja preprečujeta difuzijo nosilcev, tako da sta tako difuzija in pretok, ki je v stičišču, do tega, da se vklop vklopa, do tega, da se nosilca v notranjosti PN-jev. Notranje dinamično ravnovesje.
Ko je PN stičišče izpostavljeno svetlobnemu sevanju, se energija fotona prenese na nosilec in ustvari fotogenerirani nosilec, to je fotogenerirani par elektronov. Pod delovanjem električnega polja se elektrona in luknja odriva v območje N oziroma P, in usmerjeni premik fotogeneriranega nosilca ustvari fototok. To je osnovno načelo fotodetektorja PN Junction.
(3)Pin fotodetektor
Pin fotodioda je material tipa P in material N-tipa med plastjo I, plast materiala je na splošno notranji ali nizko-doping material. Njegov delovni mehanizem je podoben PN stičišču, ko je stičišče PIN izpostavljen lahkemu sevanju, foton prenaša energijo elektronu, ustvarja fotogenerirane nosilce naboja, notranje električno polje ali zunanje električno polje pa bo ločilo fotogenerirane pare za luknje v elektronu v polaganju izčrpavanja in nosilci naboja in nosilci naboja v zunanjem cirku. Vloga, ki jo igra plast I, je razširiti širino plasti izčrpavanja in plast I bo popolnoma postala plast izčrpavanja pod veliko pristranskostjo napetosti, ustvarjeni pari elektronov se bodo hitro ločili, tako da je hitrost odziva fotodetektorja zatičkov na splošno hitrejša kot stopnja odkrivanja PN Junction Detctor. Nosilci zunaj plasti I se zbirajo tudi s plastjo izčrpavanja z difuzijskim gibanjem, ki tvorijo difuzijski tok. Debelina plasti I je na splošno zelo tanka, njegov namen pa je izboljšati hitrost odziva detektorja.
(4)APD fotodetektorPhotodioda plazov
MehanizemPhotodioda plazovje podoben kot pri PN Junction. APD fotodetektor uporablja močno dopirano PN stičišče, delovna napetost, ki temelji na zaznavanju APD, je velika, in ko se doda velika obratna pristranskost, se bo v APD pojavila ionizacija trka in plazov, učinkovitost detektorja pa se poveča fototok. Kadar je APD v načinu obratne pristranskosti, bo električno polje v plasti izčrpavanja zelo močno, fotogenerirani nosilci, ki nastanejo s svetlobo, pa se hitro ločijo in hitro plujejo pod delovanjem električnega polja. Obstaja verjetnost, da se bodo elektroni med tem postopkom naleteli na rešetko, zaradi česar bodo elektroni v rešetki ionizirani. Ta postopek se ponavlja in ionizirani ioni v rešetki trčijo tudi v rešetko, zaradi česar se število nosilcev naboja v APD poveča, kar ima za posledico velik tok. Prav ta edinstven fizični mehanizem znotraj APD-ja, da imajo detektorji na osnovi APD na splošno značilnosti hitrosti odziva, velikega povečanja vrednosti in visoke občutljivosti. V primerjavi s PN Junction in Pin Junction ima APD hitrejšo hitrost odziva, ki je najhitrejša hitrost odziva med trenutnimi fotosenzibilnimi cevmi.
(5) fotodetektor Schottky Junction
Osnovna struktura fotodetektorja Schottky Junction je dioda Schottky, katere električne značilnosti so podobne značilnosti zgoraj opisanega PN križišča, in ima enosmerno prevodnost s pozitivno prevodnostjo in povratnim odsekom. Ko kovina z visoko delovno funkcijo in polprevodnikom z nizko delovno funkcijo tvorijo stik, se tvori Schottkyjeva pregrada, nastalo stičišče pa je Schottky Junction. Glavni mehanizem je nekoliko podoben PN stičišču, pri čemer ima N-polprevodnike N kot primer, ko dva materiala tvorita stik, zaradi različnih koncentracij elektronov obeh materialov, se bodo elektroni v polprevodniku razpršili na kovinsko stran. Razpršeni elektroni se na enem koncu kovine nenehno nabirajo in tako uničijo prvotno električno nevtralnost kovine, ki tvorijo vgrajeno električno polje od polprevodnika do kovine na kontaktni površini, elektroni pa bodo pod delovanjem notranjega električnega polja, ki se bo oblikoval, po želji, ki se bo s časom doseglo, po obdobju dosegljivega obdobja. V svetlobnih pogojih pregradna območje neposredno absorbira svetlobo in ustvarja pare za luknje, medtem ko morajo fotogenerirani nosilci znotraj stika PN skozi difuzijsko območje, da dosežejo območje stičišča. V primerjavi s PN Junction ima fotodetektor, ki temelji na Schottky Junction, hitrejšo hitrost odziva, hitrost odziva pa lahko doseže celo raven NS.
Čas objave: avgust 13-2024