Tipe fotodetektor-toestelstruktuur

Tipe vanfotodetektor toestelstruktuur
Fotodetektoris 'n toestel wat optiese sein in elektriese sein omskakel, ‌ sy struktuur en verskeidenheid ‌ kan hoofsaaklik in die volgende kategorieë verdeel word: ‌
(1) Fotogeleidende fotodetektor
Wanneer fotogeleidingstoestelle aan lig blootgestel word, verhoog die fotogegenereerde draer hul geleidingsvermoë en verminder hul weerstand. Die draers wat by kamertemperatuur opgewek word, beweeg in 'n rigtingwyse onder die werking van 'n elektriese veld en genereer dus 'n stroom. Onder die toestand van lig word elektrone opgewonde en vind oorgang plaas. Terselfdertyd dryf hulle onder die werking van 'n elektriese veld om 'n fotostroom te vorm. Die gevolglike fotogegenereerde draers verhoog die geleidingsvermoë van die toestel en verminder dus die weerstand. Fotogeleidende fotodetektors toon gewoonlik hoë wins en groot responsiwiteit in werkverrigting, maar hulle kan nie op hoëfrekwensie optiese seine reageer nie, so die reaksiespoed is stadig, wat die toepassing van fotogeleidingstoestelle in sommige aspekte beperk.

(2)PN fotodetektor
PN-fotodetektor word gevorm deur die kontak tussen P-tipe halfgeleiermateriaal en N-tipe halfgeleiermateriaal. Voordat die kontak gevorm word, is die twee materiale in 'n aparte toestand. Die Fermi-vlak in P-tipe halfgeleier is naby aan die rand van die valensband, terwyl die Fermi-vlak in N-tipe halfgeleier naby aan die rand van die geleidingsband is. Terselfdertyd word die Fermi-vlak van die N-tipe materiaal aan die rand van die geleidingsband voortdurend afwaarts geskuif totdat die Fermi-vlak van die twee materiale in dieselfde posisie is. Die verandering van die posisie van geleidingsband en valensband gaan ook gepaard met die buiging van die band. Die PN-aansluiting is in ewewig en het 'n eenvormige Fermi-vlak. Uit die aspek van ladingdraer-analise is die meeste van die ladingsdraers in P-tipe materiale gate, terwyl die meeste van die ladingdraers in N-tipe materiale elektrone is. As die twee materiale in kontak is, as gevolg van die verskil in draerkonsentrasie, sal die elektrone in N-tipe materiale na P-tipe diffundeer, terwyl die elektrone in N-tipe materiale in die teenoorgestelde rigting na die gate sal diffundeer. Die ongekompenseerde area wat deur die diffusie van elektrone en gate gelaat word, sal 'n ingeboude elektriese veld vorm, en die ingeboude elektriese veld sal draerdrywing neig, en die dryfrigting is net teenoor die rigting van diffusie, wat beteken dat die vorming van die ingeboude elektriese veld verhoed die verspreiding van draers, en daar is beide diffusie en wegdrywing binne die PN-aansluiting totdat die twee soorte beweging gebalanseer is, sodat die statiese draervloei nul is. Interne dinamiese balans.
Wanneer die PN-aansluiting aan ligbestraling blootgestel word, word die energie van die foton na die draer oorgedra, en die fotogegenereerde draer, dit wil sê die fotogegenereerde elektron-gat-paar, word gegenereer. Onder die werking van die elektriese veld dryf die elektron en gat onderskeidelik na die N-gebied en die P-gebied, en die rigtingdryf van die fotogegenereerde draer genereer fotostroom. Dit is die basiese beginsel van PN-aansluiting fotodetektor.

(3)PIN-fotodetektor
Pen fotodiode is 'n P-tipe materiaal en N-tipe materiaal tussen die I laag, die I laag van die materiaal is oor die algemeen 'n intrinsieke of lae-doping materiaal. Sy werkmeganisme is soortgelyk aan die PN-aansluiting, wanneer die PIN-aansluiting aan ligstraling blootgestel word, dra die foton energie oor na die elektron, wat foto-gegenereerde ladingsdraers genereer, en die interne elektriese veld of die eksterne elektriese veld sal die foto-gegenereerde elektron-gat skei pare in die uitputtingslaag, en die gedryfde ladingsdraers sal 'n stroom in die eksterne stroombaan vorm. Die rol wat laag I speel, is om die breedte van die uitputtingslaag uit te brei, en die laag I sal heeltemal die uitputtingslaag word onder 'n groot voorspanning, en die gegenereerde elektron-gat pare sal vinnig geskei word, dus die reaksiespoed van die PIN-aansluiting-fotodetektor is oor die algemeen vinniger as dié van die PN-aansluiting-detektor. Draers buite die I-laag word ook deur die uitputtingslaag deur diffusiebeweging versamel, wat 'n diffusiestroom vorm. Die dikte van die I-laag is oor die algemeen baie dun, en die doel daarvan is om die reaksiespoed van die detektor te verbeter.

(4)APD fotodetektorstortvloed fotodiode
Die meganisme vanstortvloed fotodiodeis soortgelyk aan dié van PN-aansluiting. APD-fotodetektor gebruik swaar gedoteerde PN-aansluiting, die bedryfspanning gebaseer op APD-opsporing is groot, en wanneer 'n groot omgekeerde voorspanning bygevoeg word, sal botsingionisasie en stortvloedvermenigvuldiging binne APD plaasvind, en die werkverrigting van die detektor is verhoogde fotostroom. Wanneer APD in die omgekeerde voorspanningsmodus is, sal die elektriese veld in die uitputtingslaag baie sterk wees, en die fotogegenereerde draers wat deur lig gegenereer word, sal vinnig geskei word en vinnig dryf onder die werking van die elektriese veld. Daar is 'n waarskynlikheid dat elektrone tydens hierdie proses teen die rooster sal stamp, wat veroorsaak dat die elektrone in die rooster geïoniseer word. Hierdie proses word herhaal, en die geïoniseerde ione in die rooster bots ook met die rooster, wat veroorsaak dat die aantal ladingdraers in die APD toeneem, wat 'n groot stroom tot gevolg het. Dit is hierdie unieke fisiese meganisme binne APD dat APD-gebaseerde detektors oor die algemeen die eienskappe van vinnige reaksiespoed, groot stroomwaardewins en hoë sensitiwiteit het. In vergelyking met PN-aansluiting en PIN-aansluiting, het APD 'n vinniger reaksiespoed, wat die vinnigste reaksiespoed onder die huidige fotosensitiewe buise is.

(5) Schottky-aansluiting-fotodetektor
Die basiese struktuur van die Schottky-aansluiting-fotodetektor is 'n Schottky-diode, wie se elektriese eienskappe soortgelyk is aan dié van die PN-aansluiting hierbo beskryf, en dit het eenrigtinggeleiding met positiewe geleiding en omgekeerde afsny. Wanneer 'n metaal met 'n hoë werkfunksie en 'n halfgeleier met 'n lae werkfunksie kontak vorm, word 'n Schottky-versperring gevorm, en die resulterende aansluiting is 'n Schottky-aansluiting. Die hoofmeganisme is ietwat soortgelyk aan die PN-aansluiting, met N-tipe halfgeleiers as 'n voorbeeld, wanneer twee materiale kontak vorm, as gevolg van die verskillende elektronkonsentrasies van die twee materiale, sal die elektrone in die halfgeleier na die metaalkant diffundeer. Die diffuse elektrone versamel voortdurend aan die een kant van die metaal, en vernietig dus die oorspronklike elektriese neutraliteit van die metaal, vorm 'n ingeboude elektriese veld vanaf die halfgeleier na die metaal op die kontakoppervlak, en die elektrone sal dryf onder die werking van die interne elektriese veld, en die draer se diffusie en dryfbeweging sal gelyktydig uitgevoer word, na 'n tydperk om dinamiese ewewig te bereik, en uiteindelik 'n Schottky-aansluiting te vorm. Onder ligtoestande absorbeer die versperringsgebied lig direk en genereer elektron-gatpare, terwyl die fotogegenereerde draers binne die PN-aansluiting deur die diffusiegebied moet gaan om die aansluitingsgebied te bereik. In vergelyking met PN-aansluiting het die fotodetektor gebaseer op Schottky-aansluiting 'n vinniger reaksiespoed, en die reaksiespoed kan selfs ns-vlak bereik.