Tipo dedispositivo fotodetectorestrutura
Fotodetectoré un dispositivo que converte o sinal óptico en sinal eléctrico, a súa estrutura e variedade, pódese dividir principalmente nas seguintes categorías:
(1) Fotodetector fotoconductivo
Cando os dispositivos fotoconductores están expostos á luz, o portador fotogenerado aumenta a súa condutividade e diminúe a súa resistencia. Os transportistas excitados a temperatura ambiente móvense de forma direccional baixo a acción dun campo eléctrico, xerando así unha corrente. Baixo o estado da luz, os electróns están excitados e prodúcese a transición. Ao mesmo tempo, derivan baixo a acción dun campo eléctrico para formar un fotocorrente. Os transportistas fotogenerados resultantes aumentan a condutividade do dispositivo e reducen así a resistencia. Os fotodetectores fotoconductivos normalmente mostran unha gran ganancia e unha gran resposta no rendemento, pero non poden responder a sinais ópticos de alta frecuencia, polo que a velocidade de resposta é lenta, o que limita a aplicación de dispositivos fotoconductores nalgúns aspectos.
(2)Fotodetector PN
O fotodetector PN está formado polo contacto entre o material de semiconductor tipo P e o material de semiconductor tipo N. Antes de formarse o contacto, os dous materiais están nun estado separado. O nivel de Fermi en semiconductor tipo P está preto do bordo da banda de valencia, mentres que o nivel Fermi en semiconductor tipo N está preto do bordo da banda de condución. Ao mesmo tempo, o nivel de Fermi do material tipo N ao bordo da banda de condución é cambiado continuamente cara a abaixo ata que o nivel Fermi dos dous materiais estea na mesma posición. O cambio da posición da banda de condución e a banda de valencia tamén vai acompañado da flexión da banda. A unión PN está en equilibrio e ten un nivel de Fermi uniforme. Desde o aspecto da análise do transportista de carga, a maioría dos transportistas de carga en materiais de tipo p son buracos, mentres que a maioría dos transportistas en materiais de tipo N son electróns. Cando os dous materiais están en contacto, debido á diferenza de concentración de portador, os electróns en materiais de tipo N difundiranse ao tipo P, mentres que os electróns en materiais de tipo N difundiranse no sentido contrario aos buracos. A zona non compensada deixada pola difusión de electróns e buratos formará un campo eléctrico incorporado, e o campo eléctrico incorporado tenderá a deriva do portador, e a dirección da deriva é xusto oposta á dirección de difusión, o que significa que a formación do campo eléctrico incorporado impide a difusión de transportistas, e hai tanto a difusión como a caída dentro do cero. Balance dinámico interno.
Cando a unión PN está exposta á radiación de luz, a enerxía do fotón transfírese ao transportista e xérase o portador fotogenerado, é dicir, o par de buraco electrónico fotogenerado. Baixo a acción do campo eléctrico, a deriva de electrón e burato á rexión N e á rexión P respectivamente, e a deriva direccional do portador fotogenerado xera fotocorrente. Este é o principio básico do fotodetector de unión PN.
(3)Fotodetector de pin
O fotodiodo PIN é un material de tipo P e material tipo N entre a capa I, a capa I do material é xeralmente un material intrínseco ou de baixa dopente. O seu mecanismo de traballo é similar á unión PN, cando a unión do pasador está exposta á radiación de luz, o fotón transfire enerxía ao electrón, xerando transportistas de carga fotoxenerados e o campo eléctrico interno ou o campo eléctrico externo separarán os pares de orificios de electróns fotográficos na capa de esgotamento e os transportistas de carga caída no fío. O papel desempeñado pola capa I é ampliar o ancho da capa de esgotamento, e a capa que me converterá completamente na capa de esgotamento baixo unha gran tensión de sesgo, e os pares de buraco de electróns xerados estarán separados rapidamente, polo que a velocidade de resposta do fotodetector da unión PIN é xeralmente máis rápido que o do detector de unión PN. Os transportistas fóra da capa I tamén son recollidos pola capa de esgotamento mediante o movemento de difusión, formando unha corrente de difusión. O grosor da capa I é xeralmente moi delgado e o seu propósito é mellorar a velocidade de resposta do detector.
(4)Fotodetector APDfotodiodo de avalancha
O mecanismo defotodiodo de avalanchaé semellante ao da unión PN. O fotodetector APD usa unión PN moi dopada, a tensión de funcionamento baseada na detección de APD é grande, e cando se engade un sesgo inverso grande, a ionización de colisión e a multiplicación de avalanchas produciranse dentro de APD e aumenta o rendemento do detector. Cando APD estea no modo de sesgo inverso, o campo eléctrico da capa de esgotamento será moi forte e os transportistas fotogenerados xerados pola luz separaranse rapidamente e derivarán rapidamente baixo a acción do campo eléctrico. Existe a probabilidade de que os electróns toquen no enreixado durante este proceso, facendo que os electróns da celosía sexan ionizados. Este proceso repítese e os ións ionizados na celosía tamén chocan co enreixado, provocando que o número de transportistas de carga na APD aumente, obtendo unha gran corrente. É este mecanismo físico único dentro da APD que os detectores baseados en APD xeralmente teñen as características da velocidade de resposta rápida, a ganancia de valor actual e a alta sensibilidade. En comparación coa unión PN e a unión de pinos, APD ten unha velocidade de resposta máis rápida, que é a velocidade de resposta máis rápida entre os tubos fotosensibles actuais.
(5) Fotodetector de Schottky Junction
A estrutura básica do fotodetector de Schottky Junction é un diodo Schottky, cuxas características eléctricas son similares ás da unión PN descrita anteriormente, e ten condutividade unidireccional con condución positiva e corte inverso. Cando un metal cunha alta función de traballo e un semiconductor cun contacto de forma baixa de traballo, fórmase unha barreira Schottky e a unión resultante é unha unión de Schottky. O mecanismo principal é algo similar ao unión PN, tomando como exemplo semiconductores tipo N como exemplo, cando dous materiais forman o contacto, debido ás diferentes concentracións de electróns dos dous materiais, os electróns do semiconductor difundiranse ao lado do metal. Os electróns difusos acumúlanse continuamente nun extremo do metal, destruíndo así a neutralidade eléctrica orixinal do metal, formando un campo eléctrico incorporado desde o semiconductor ata o metal na superficie de contacto, e os electróns derivarán baixo a acción do campo eléctrico interno, e a difusión do transportista e finalmente se levará a cabo a xuño de xiro. En condicións de luz, a rexión de barreira absorbe directamente a luz e xera pares de buratos electrónicos, mentres que os transportistas fotogenerados dentro da unión PN necesitan pasar pola rexión de difusión para chegar á rexión da unión. En comparación coa unión PN, o fotodetector baseado na unión de Schottky ten unha velocidade de resposta máis rápida e a velocidade de resposta pode incluso alcanzar o nivel NS.
Tempo de publicación: 13 de agosto-2024