Tipo didispositivo fotorivelatorestruttura
Fotorivelatoreè un dispositivo che converte il segnale ottico in segnale elettrico, la sua struttura e varietà, può essere principalmente suddiviso nelle seguenti categorie:
(1) Fotorivelatore fotoconduttivo
Quando i dispositivi fotoconduttori sono esposti alla luce, il vettore fotogenerato ne aumenta la 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 vengono eccitati e avviene 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 quindi riducono la resistenza. I fotorilevatori fotoconduttivi di solito mostrano un guadagno elevato e una grande reattività nelle prestazioni, ma non possono rispondere ai segnali ottici ad alta frequenza, quindi la velocità di risposta è lenta, il che limita in alcuni aspetti l'applicazione dei dispositivi fotoconduttivi.
(2)Fotorivelatore PN
Il fotorilevatore PN è formato dal contatto tra il materiale semiconduttore di tipo P e il materiale semiconduttore di tipo N. Prima che si formi il contatto, i due materiali si trovano in uno stato separato. Il livello di Fermi nei semiconduttori di tipo P è vicino al bordo della banda di valenza, mentre il livello di Fermi nei semiconduttori di tipo N è vicino al bordo della banda di conduzione. Allo stesso tempo, il livello di Fermi del materiale di tipo N al bordo della banda di conduzione viene continuamente spostato verso il basso finché il livello di Fermi dei due materiali non si trova nella stessa posizione. Il cambiamento della posizione della banda di conduzione e della banda di valenza è accompagnato anche dalla flessione della banda. La giunzione PN è in equilibrio e ha un livello di Fermi uniforme. Dall'aspetto dell'analisi dei portatori di carica, la maggior parte dei portatori di carica nei materiali di tipo P sono lacune, mentre la maggior parte dei portatori di carica nei materiali di tipo N sono elettroni. Quando i due materiali sono in contatto, a causa della differenza nella concentrazione dei portatori, gli elettroni nei materiali di tipo N si diffonderanno nel tipo P, mentre gli elettroni nei materiali di tipo N si diffonderanno nella direzione opposta alle lacune. L'area non compensata lasciata dalla diffusione di elettroni e lacune formerà un campo elettrico incorporato, e il campo elettrico incorporato tenderà alla deriva del portatore e la direzione della deriva è esattamente opposta alla direzione della diffusione, il che significa che l'area la formazione del campo elettrico incorporato impedisce la diffusione dei portatori, e ci sono sia diffusione che deriva all'interno della giunzione PN finché i due tipi di movimento non sono bilanciati, in modo che il flusso statico dei portanti sia zero. Equilibrio dinamico interno.
Quando la giunzione PN è esposta alla radiazione luminosa, l'energia del fotone viene trasferita al portatore e viene generato il portatore fotogenerato, cioè la coppia elettrone-lacuna fotogenerata. Sotto l'azione del campo elettrico, l'elettrone e la lacuna si spostano rispettivamente nella regione N e nella regione P, e la deriva direzionale del portatore fotogenerato genera fotocorrente. Questo è il principio di base del fotorilevatore a giunzione PN.
(3)Fotorivelatore PIN
Il fotodiodo a perno è un materiale di tipo P e un materiale di tipo N tra lo strato I, lo strato I del materiale è generalmente un materiale intrinseco o a basso drogaggio. Il suo meccanismo di funzionamento è simile alla giunzione PN, quando la giunzione PIN è esposta alla radiazione luminosa, il fotone trasferisce energia all'elettrone, generando portatori di carica fotogenerati, e il campo elettrico interno o il campo elettrico esterno separeranno la lacuna elettronica fotogenerata coppie nello strato di esaurimento e i portatori di carica alla deriva formeranno una corrente nel circuito esterno. Il ruolo svolto dallo strato I è quello di espandere la larghezza dello strato di esaurimento, e lo strato I diventerà completamente lo strato di esaurimento sotto una grande tensione di polarizzazione, e le coppie elettrone-lacuna generate verranno rapidamente separate, quindi la velocità di risposta dello Il fotorilevatore di giunzione PIN è generalmente più veloce di quello del rilevatore di giunzione PN. I portatori esterni allo strato I vengono raccolti anche 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 rilevatore.
(4)Fotorivelatore APDfotodiodo da valanga
Il meccanismo difotodiodo da valangaè simile a quello della giunzione PN. Il fotorilevatore APD utilizza una giunzione PN fortemente drogata, la tensione operativa basata sul rilevamento APD è elevata e quando viene aggiunta una grande polarizzazione inversa, si verificheranno la ionizzazione della collisione e la moltiplicazione delle valanghe all'interno dell'APD e le prestazioni del rilevatore aumentano la fotocorrente. Quando APD è in modalità di polarizzazione inversa, il campo elettrico nello strato di esaurimento sarà molto forte e i portatori fotogenerati generati dalla luce verranno rapidamente separati e andranno rapidamente alla deriva sotto l'azione del campo elettrico. Esiste la probabilità che gli elettroni urtino il reticolo durante questo processo, provocando la ionizzazione degli elettroni nel reticolo. Questo processo viene ripetuto e anche gli ioni ionizzati nel reticolo collidono con il reticolo, provocando un aumento del numero di portatori di carica nell'APD, risultando in una grande corrente. È proprio questo meccanismo fisico unico all'interno dell'APD che fa sì che i rilevatori basati su APD abbiano generalmente le caratteristiche di velocità di risposta rapida, ampio guadagno di valore di corrente ed elevata 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) Fotorivelatore a giunzione Schottky
La struttura base del fotorivelatore a giunzione Schottky è un diodo Schottky, le cui caratteristiche elettriche sono simili a quelle della giunzione PN sopra descritta, ed è dotato di conduttività unidirezionale con conduzione positiva e interruzione inversa. Quando un metallo con una funzione di lavoro elevata e un semiconduttore con una funzione di lavoro bassa entrano in contatto, 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 i semiconduttori di tipo N, quando due materiali formano un contatto, a causa delle diverse concentrazioni di elettroni dei due materiali, gli elettroni nel semiconduttore si diffonderanno verso il lato metallico. Gli elettroni diffusi si accumulano continuamente ad un'estremità del metallo, distruggendo così la neutralità elettrica originale del metallo, formando un campo elettrico incorporato dal semiconduttore al metallo sulla superficie di contatto, e gli elettroni andranno alla deriva sotto l'azione del il campo elettrico interno e il movimento di diffusione e deriva del portatore verranno eseguiti simultaneamente, dopo un periodo di tempo per raggiungere l'equilibrio dinamico, e infine formeranno una giunzione Schottky. In condizioni di luce, la regione della barriera assorbe direttamente la luce e genera coppie elettrone-lacuna, mentre i portatori fotogenerati all'interno della giunzione PN devono passare attraverso la regione di diffusione per raggiungere la regione di giunzione. Rispetto alla giunzione PN, il fotorilevatore basato sulla giunzione Schottky ha una velocità di risposta più rapida e la velocità di risposta può raggiungere anche il livello ns.
Orario di pubblicazione: 13 agosto 2024