Vrstafotodetektorski uređajstrukturu
Photodetectorje uređaj koji pretvara optički signal u električni signal, njegova struktura i raznolikost, se uglavnom može podijeliti u sljedeće kategorije:
(1) Fotokonduktivni fotodetektor
Kada su fotokonduktivni uređaji izloženi svjetlosti, fotogenerirani nosač povećava njihovu provodljivost i smanjuje njihovu otpornost. Nosači pobuđeni na sobnoj temperaturi kreću se usmjereno pod djelovanjem električnog polja, stvarajući tako struju. Pod uslovima svetlosti, elektroni se pobuđuju i dolazi do tranzicije. U isto vrijeme, oni se pomiču pod djelovanjem električnog polja i formiraju fotostruju. Rezultirajući fotogenerirani nosači povećavaju provodljivost uređaja i na taj način smanjuju otpor. Fotokonduktivni fotodetektori obično pokazuju veliki dobitak i veliki odziv u performansama, ali ne mogu odgovoriti na optičke signale visoke frekvencije, pa je brzina odgovora spora, što u nekim aspektima ograničava primjenu fotokonduktivnih uređaja.
(2)PN fotodetektor
PN fotodetektor je formiran kontaktom između P-tipa poluvodičkog materijala i N-tipa poluvodičkog materijala. Prije nego što se kontakt formira, dva materijala su u odvojenom stanju. Fermijev nivo u poluprovodniku P-tipa je blizu ivice valentnog pojasa, dok je Fermijev nivo u poluprovodniku N-tipa blizu ivice vodljivog pojasa. U isto vrijeme, Fermi nivo materijala N-tipa na rubu vodljivog pojasa se kontinuirano pomjera naniže sve dok Fermi nivo dva materijala ne bude u istoj poziciji. Promjenu položaja provodnog pojasa i valentnog pojasa prati i savijanje pojasa. PN spoj je u ravnoteži i ima uniforman Fermi nivo. Sa aspekta analize nosioca naboja, većina nosilaca naboja u materijalima P-tipa su rupe, dok su većina nosilaca naboja u materijalima N-tipa elektroni. Kada su dva materijala u kontaktu, zbog razlike u koncentraciji nosača, elektroni u materijalima N-tipa će difundirati u P-tip, dok će elektroni u materijalima N-tipa difundirati u suprotnom smjeru od rupa. Nekompenzirana površina ostavljena difuzijom elektrona i rupa će formirati ugrađeno električno polje, a ugrađeno električno polje će kretati pomjeranje nosioca, a smjer drifta je upravo suprotan smjeru difuzije, što znači da formiranje ugrađenog električnog polja onemogućava difuziju nosilaca, a unutar PN spoja dolazi do difuzije i drifta dok se dvije vrste kretanja ne izbalansiraju, tako da statički protok nosioca bude nula. Unutrašnja dinamička ravnoteža.
Kada je PN spoj izložen svjetlosnom zračenju, energija fotona se prenosi na nosač, a nastaje fotogenerirani nosač, odnosno fotogenerirani par elektron-rupa. Pod dejstvom električnog polja, elektron i rupa se pomeraju u N i P oblast, a smerni drift fotogenerisanog nosača stvara fotostruju. Ovo je osnovni princip fotodetektora PN spoja.
(3)PIN fotodetektor
Pin fotodioda je materijal P-tipa i materijal N-tipa između I sloja, I sloj materijala je općenito intrinzičan materijal ili materijal sa niskim dopiranjem. Njegov radni mehanizam je sličan PN spoju, kada je PIN spoj izložen svjetlosnom zračenju, foton prenosi energiju na elektron, generirajući fotogenerirane nosače naboja, a unutrašnje električno polje ili vanjsko električno polje će odvojiti fotogeneriranu elektronsku rupu. parova u sloju iscrpljenosti, a odnijeti nosioci naboja će formirati struju u vanjskom kolu. Uloga koju igra sloj I je da proširi širinu osiromašenog sloja, a sloj I će u potpunosti postati osiromašeni sloj pod velikim prednaponom, a generirani parovi elektron-rupa će se brzo razdvojiti, tako da je brzina odgovora Fotodetektor PIN spoja je općenito brži od detektora PN spoja. Nosači izvan I sloja se također sakupljaju od strane deplecionog sloja kroz difuziono kretanje, formirajući difuzionu struju. Debljina I sloja je generalno vrlo tanka, a svrha mu je da poboljša brzinu odziva detektora.
(4)APD fotodetektorlavinska fotodioda
Mehanizam odlavinska fotodiodaje sličan onom kod PN spoja. APD fotodetektor koristi jako dopirani PN spoj, radni napon zasnovan na APD detekciji je velik, a kada se doda velika obrnuta pristranost, dolazi do ionizacije sudara i umnožavanja lavine unutar APD-a, a performanse detektora su povećane fotostruje. Kada je APD u režimu obrnutog bias-a, električno polje u sloju osiromašenog bit će vrlo jako, a fotogenerirani nosači generirani svjetlošću će se brzo razdvojiti i brzo ponijeti pod djelovanjem električnog polja. Postoji vjerovatnoća da će elektroni udariti u rešetku tokom ovog procesa, uzrokujući da se elektroni u rešetki ioniziraju. Ovaj proces se ponavlja, a jonizovani joni u rešetki se takođe sudaraju sa rešetkom, uzrokujući povećanje broja nosilaca naboja u APD, što rezultira velikom strujom. To je ovaj jedinstveni fizički mehanizam unutar APD-a koji detektori zasnovani na APD-u općenito imaju karakteristike brze brzine odziva, velikog povećanja trenutne vrijednosti i visoke osjetljivosti. U poređenju sa PN spojem i PIN spojem, APD ima veću brzinu odziva, što je najveća brzina odziva među trenutnim fotoosjetljivim cijevima.
(5) fotodetektor Šotkijevog spoja
Osnovna struktura fotodetektora Šotkijevog spoja je Šotkijeva dioda, čije su električne karakteristike slične onima kod PN spoja opisanog gore, i ima jednosmernu provodljivost sa pozitivnom provodnošću i reverznim prekidom. Kada metal s visokom radnom funkcijom i poluvodič sa niskom radnom funkcijom dođu u kontakt, formira se Schottkyjeva barijera, a rezultirajući spoj je Schottkyjev spoj. Glavni mehanizam je donekle sličan PN spoju, uzimajući za primjer poluvodiče N-tipa, kada dva materijala dođu u kontakt, zbog različitih koncentracija elektrona dva materijala, elektroni u poluvodiču će difundirati na metalnu stranu. Difuzni elektroni se kontinuirano akumuliraju na jednom kraju metala, čime se uništava izvorna električna neutralnost metala, formirajući ugrađeno električno polje od poluvodiča do metala na površini kontakta, a elektroni će driftati pod djelovanjem unutrašnje električno polje, a difuzija i drift kretanje nosioca će se odvijati istovremeno, nakon određenog vremenskog perioda da bi se postigla dinamička ravnoteža, i konačno formirao Šotkijev spoj. U uslovima svetlosti, oblast barijere direktno apsorbuje svetlost i generiše parove elektron-rupa, dok fotogenerisani nosači unutar PN spoja moraju da prođu kroz difuziono područje da bi došli do regiona spoja. U poređenju sa PN spojem, fotodetektor baziran na Schottkyjevom spoju ima veću brzinu odziva, a brzina odziva može čak dostići i nivo ns.
Vrijeme objave: 13.08.2024