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 fotocondutor
Cando os dispositivos fotocondutores están expostos á luz, o portador fotoxerado aumenta a súa condutividade e diminúe a súa resistencia. Os portadores excitados a temperatura ambiente móvense de xeito direccional baixo a acción dun campo eléctrico, xerando así unha corrente. Baixo a condición de luz, os electróns son excitados e prodúcese a transición. Ao mesmo tempo, derivan baixo a acción dun campo eléctrico para formar unha fotocorrente. Os portadores fotoxerados resultantes aumentan a condutividade do dispositivo e reducen así a resistencia. Os fotodetectores fotocondutores adoitan mostrar unha gran ganancia e unha gran capacidade de 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 fotocondutores nalgúns aspectos.
(2)Fotodetector PN
O fotodetector PN está formado polo contacto entre o material semicondutor tipo P e o material semicondutor tipo N. Antes de formar o contacto, os dous materiais están nun estado separado. O nivel de Fermi no semicondutor tipo P está preto do bordo da banda de valencia, mentres que o nivel de Fermi no semicondutor tipo N está preto do bordo da banda de condución. Ao mesmo tempo, o nivel de Fermi do material de tipo N no bordo da banda de condución desprázase continuamente cara abaixo ata que o nivel de Fermi dos dous materiais estea na mesma posición. O cambio de posición da banda de condución e da 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 dos portadores de carga, a maioría dos portadores de carga en materiais de tipo P son buratos, mentres que a maioría dos portadores de carga en materiais de tipo N son electróns. Cando os dous materiais están en contacto, debido á diferenza de concentración de portadores, os electróns dos materiais de tipo N difundiranse ao tipo P, mentres que os electróns dos materiais de tipo N difundiranse na dirección oposta aos buratos. A área non compensada que deixa a difusión de electróns e buratos formará un campo eléctrico incorporado, e o campo eléctrico incorporado terá unha tendencia á deriva do portador, e a dirección da deriva é xusto oposta á dirección da difusión, o que significa que o A formación do campo eléctrico incorporado impide a difusión dos portadores, e hai tanto difusión como deriva dentro da unión PN ata que os dous tipos de movemento estean equilibrados, polo que o fluxo de portadores estático é cero. Equilibrio dinámico interno.
Cando a unión PN está exposta á radiación luminosa, a enerxía do fotón transfírese ao portador e xérase o portador fotoxerado, é dicir, o par electrón-burato fotoxenado. Baixo a acción do campo eléctrico, o electrón e o burato van á rexión N e á rexión P respectivamente, e a deriva direccional do portador fotoxerado xera fotocorrente. Este é o principio básico do fotodetector de unión PN.
(3)Fotodetector PIN
O fotodiodo pin é un material de tipo P e material de tipo N entre a capa I, a capa I do material é xeralmente un material intrínseco ou de baixo dopaxe. O seu mecanismo de funcionamento é semellante á unión PN, cando a unión PIN está exposta á radiación luminosa, o fotón transfire enerxía ao electrón, xerando portadores de carga fotoxerados, e o campo eléctrico interno ou o campo eléctrico externo separará o burato electrónico fotoxerado. pares na capa de esgotamento, e os portadores de carga derivados formarán unha corrente no circuíto externo. O papel desempeñado pola capa I é expandir o ancho da capa de esgotamento, e a capa I converterase completamente na capa de esgotamento baixo unha gran tensión de polarización, e os pares de electróns-buratos xerados separaranse rapidamente, polo que a velocidade de resposta do O fotodetector de unión PIN é xeralmente máis rápido que o do detector de unión PN. Os portadores 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 gran polarización inversa, a ionización de colisión e a multiplicación de avalanchas ocorrerán dentro do APD e o rendemento do detector aumenta a fotocorrente. Cando APD está no modo de polarización inversa, o campo eléctrico na capa de esgotamento será moi forte e os portadores fotoxerados xerados pola luz separaranse rapidamente e derivarán rapidamente baixo a acción do campo eléctrico. Existe a probabilidade de que os electróns choquen contra a rede durante este proceso, facendo que os electróns da rede se ionize. Este proceso repítese e os ións ionizados da rede tamén chocan coa rede, o que fai que o número de portadores de carga no APD aumente, dando lugar a unha gran corrente. É este mecanismo físico único dentro do APD que os detectores baseados en APD teñen xeralmente as características de velocidade de resposta rápida, gran ganancia de valor de corrente e alta sensibilidade. En comparación coa unión PN e a unión PIN, APD ten unha velocidade de resposta máis rápida, que é a velocidade de resposta máis rápida entre os tubos fotosensibles actuais.
(5) Fotodetector de unión Schottky
A estrutura básica do fotodetector de unión Schottky é un díodo 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 función de traballo elevada e un semicondutor cunha función de traballo baixa forman contacto, fórmase unha barreira Schottky e a unión resultante é unha unión Schottky. O mecanismo principal é algo similar á unión PN, tomando como exemplo semicondutores tipo N, cando dous materiais forman contacto, debido ás diferentes concentracións de electróns dos dous materiais, os electróns do semicondutor difundiranse cara ao lado do metal. Os electróns difundidos acumúlanse continuamente nun extremo do metal, destruíndo así a neutralidade eléctrica orixinal do metal, formando un campo eléctrico incorporado desde o semicondutor ata o metal na superficie de contacto, e os electróns derivarán baixo a acción do metal. campo eléctrico interno, e a difusión e o movemento de deriva do portador realizaranse simultaneamente, despois dun período de tempo para alcanzar o equilibrio dinámico, e finalmente formar unha unión Schottky. En condicións de luz, a rexión de barreira absorbe directamente a luz e xera pares de electróns-buratos, mentres que os portadores fotoxerados dentro da unión PN precisan pasar pola rexión de difusión para chegar á rexión de unión. En comparación coa unión PN, o fotodetector baseado na unión Schottky ten unha velocidade de resposta máis rápida, e a velocidade de resposta pode incluso alcanzar o nivel ns.
Hora de publicación: 13-ago-2024