Tipo diDispositivo fotoDetectorstruttura
FotoDetectorè un dispositivo che converte il segnale ottico in segnale elettrico, La sua struttura e varietà, può essere principalmente diviso nelle seguenti categorie:
(1) Fotoconduttore fotoDetector
Quando i dispositivi fotoconduttivi sono esposti alla luce, il portatore fotogenerato aumenta la loro conduttività e ne diminuisce la resistenza. I portatori eccitati a temperatura ambiente si muovono in modo direzionale sotto l'azione di un campo elettrico, generando così una corrente. In condizioni di luce, gli elettroni sono eccitati e si verifica la transizione. Allo stesso tempo, si spostano sotto l'azione di un campo elettrico per formare una fotocorrente. I portatori fotogenerati risultanti aumentano la conduttività del dispositivo e riducono quindi la resistenza. I fotodettori fotoconduttivi di solito mostrano un elevato guadagno e una grande reattività nelle prestazioni, ma non possono rispondere a segnali ottici ad alta frequenza, quindi la velocità di risposta è lenta, il che limita l'applicazione di dispositivi fotoconduttivi in alcuni aspetti.
(2)PhoDetector PN
Il fotoDetector PN è formato dal contatto tra materiale a semiconduttore di tipo P e materiale a semiconduttore di tipo N. Prima che il contatto sia formato, i due materiali sono in uno stato separato. Il livello Fermi nel semiconduttore di tipo P è vicino al bordo della banda di valenza, mentre il livello Fermi nel semiconduttore di tipo N è vicino al bordo della banda di conduzione. Allo stesso tempo, il livello Fermi del materiale di tipo N sul bordo della banda di conduzione viene continuamente spostato verso il basso fino a quando il livello Fermi dei due materiali è nella stessa posizione. Il cambiamento della posizione della banda di conduzione e della banda di valenza è anche accompagnato dalla flessione della banda. La giunzione PN è in equilibrio e ha un livello di Fermi uniforme. Dall'aspetto dell'analisi del vettore di carica, la maggior parte dei vettori di carica nei materiali di tipo P sono buchi, mentre la maggior parte dei vettori di carica nei materiali di tipo N sono elettroni. Quando i due materiali sono in contatto, a causa della differenza nella concentrazione del vettore, gli elettroni nei materiali di tipo N si diffonderanno in tipo P, mentre gli elettroni nei materiali di tipo N si diffusero nella direzione opposta ai fori. The uncompensated area left by the diffusion of electrons and holes will form a built-in electric field, and the built-in electric field will trend carrier drift, and the direction of drift is just opposite to the direction of diffusion, which means that the formation of the built-in electric field prevents the diffusion of carriers, and there are both diffusion and drift inside the PN junction until the two kinds of motion are balanced, so that the static carrier flow is zero. Equilibrio dinamico interno.
Quando la giunzione PN è esposta alle radiazioni leggere, l'energia del fotone viene trasferita al vettore e viene generata il vettore fotogenerato, ovvero la coppia di buchi elettronici fotogenerati. Sotto l'azione del campo elettrico, l'elettrone e il foro si spostano rispettivamente nella regione N e nella regione P e la deriva direzionale del vettore fotogenerato genera fotocorrente. Questo è il principio di base del fotodettore di giunzione PN.
(3)Pintodetector a spillo
Il fotodiodo a perno è un materiale di tipo P e materiale di tipo N tra lo strato I, lo strato I del materiale è generalmente un materiale intrinseco o a basso doppio. Il suo meccanismo di lavoro è simile alla giunzione PN, quando la giunzione del pin è esposta alle radiazioni leggere, il fotone trasferisce l'energia all'elettrone, generando portatori di carica fotogenerati e il campo elettrico interno o il campo elettrico esterno separeranno le coppie di fori elettronici fotogenerati nello strato di esaurimento e i portatori di carica avolutivi formeranno una corrente esterna. Il ruolo svolto dal livello I è di espandere la larghezza dello strato di esaurimento e lo strato I diventerà completamente lo strato di esaurimento in una grande tensione di distorsione e le coppie generate a foro elettronico saranno rapidamente separate, quindi la velocità di risposta del fotodetettore della giunzione PIN è generalmente più veloce di quella del rivelatore di giunzione PN. I portatori al di fuori dello strato I sono anche raccolti dallo strato di esaurimento attraverso il movimento di diffusione, formando una corrente di diffusione. Lo spessore dello strato I è generalmente molto sottile e il suo scopo è migliorare la velocità di risposta del rivelatore.
(4)PhotoDetector APDPhotodiode valanghe
Il meccanismo diPhotodiode valangheè simile a quello della giunzione PN. APD PhotoDetector utilizza una giunzione PN fortemente drogata, la tensione operativa basata sul rilevamento di APD è grande e quando si aggiunge un ampio bias inverso, si verificherà la ionizzazione delle collisioni e la moltiplicazione delle valanghe all'interno e le prestazioni del rivelatore sono aumentate fotocorrente. Quando l'APD è in modalità bias inversa, il campo elettrico nello strato di esaurimento sarà molto forte e i portatori fotogenerati generati dalla luce saranno rapidamente separati e si spostano rapidamente sotto l'azione del campo elettrico. Esiste la probabilità che gli elettroni si imbatteranno nel reticolo durante questo processo, causando ionizzati gli elettroni nel reticolo. Questo processo viene ripetuto e anche gli ioni ionizzati nel reticolo si scontrano con il reticolo, causando l'aumento del numero di portatori di carica nell'APD, con conseguente grande corrente. È questo meccanismo fisico unico all'interno dell'APD che i rivelatori basati su APD hanno generalmente le caratteristiche della velocità di risposta rapida, del grande aumento del valore di corrente e dell'alta sensibilità. Rispetto alla giunzione PN e alla giunzione PIN, APD ha una velocità di risposta più rapida, che è la velocità di risposta più rapida tra gli attuali tubi fotosensibili.
(5) FotoDetector Junction Schottky
La struttura di base del fotodettore di giunzione Schottky è un diodo Schottky, le cui caratteristiche elettriche sono simili a quelle della giunzione PN sopra descritta e ha conducibilità unidirezionale con conduzione positiva e taglio inverso. Quando un metallo con una funzione di lavoro elevato e un semiconduttore con una funzione di funzionalità di lavoro basso, si forma una barriera Schottky e la giunzione risultante è una giunzione Schottky. Il meccanismo principale è in qualche modo simile alla giunzione PN, prendendo come esempio semiconduttori di tipo N, quando due materiali formano il contatto, a causa delle diverse concentrazioni di elettroni dei due materiali, gli elettroni nel semiconduttore si differenteranno sul lato metallico. The diffused electrons accumulate continuously at one end of the metal, thus destroying the original electrical neutrality of the metal, forming a built-in electric field from the semiconductor to the metal on the contact surface, and the electrons will drift under the action of the internal electric field, and the carrier's diffusion and drift motion will be carried out simultaneously, after a period of time to reach dynamic equilibrium, and finally form a Schottky junction. In condizioni di luce, la regione della barriera assorbe direttamente la luce e genera coppie di buchi elettronici, mentre i portatori fotogenerati all'interno della giunzione PN devono passare attraverso la regione di diffusione per raggiungere la regione di giunzione. Rispetto a PN Junction, il fotoDetettore basato sulla giunzione di Schottky ha una velocità di risposta più rapida e la velocità di risposta può persino raggiungere il livello di NS.
Tempo post: 13 agosto-2024