Tipe fotodetektortoestelstruktuur

Tipe vanfotodetektortoestelstruktuur
Fotodetektoris 'n toestel wat optiese seine in elektriese seine omskakel, die struktuur en verskeidenheid daarvan kan hoofsaaklik in die volgende kategorieë verdeel word:
(1) Fotogeleidende fotodetektor
Wanneer fotogeleidende toestelle aan lig blootgestel word, verhoog die fotogegenereerde draer hul geleidingsvermoë en verminder hul weerstand. Die draers wat by kamertemperatuur opgewek word, beweeg in 'n rigtinggewende wyse onder die werking van 'n elektriese veld, wat sodoende 'n stroom genereer. Onder die toestand van lig word elektrone opgewek 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 goeie responsiwiteit in werkverrigting, maar hulle kan nie op hoëfrekwensie optiese seine reageer nie, dus is die reaksiespoed stadig, wat die toepassing van fotogeleidende toestelle in sommige opsigte 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 die rand van die valensband, terwyl die Fermi-vlak in N-tipe halfgeleier naby die rand van die geleidingsband is. Terselfdertyd word die Fermi-vlak van die N-tipe materiaal aan die rand van die geleidingsband voortdurend afwaarts verskuif totdat die Fermi-vlak van die twee materiale in dieselfde posisie is. Die verandering van die posisie van die geleidingsband en valensband gaan ook gepaard met die buiging van die band. Die PN-aansluiting is in ewewig en het 'n eenvormige Fermi-vlak. Vanuit die oogpunt van ladingdraeranalise is die meeste ladingdraers in P-tipe materiale gate, terwyl die meeste ladingdraers in N-tipe materiale elektrone is. Wanneer 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 as die gate sal diffundeer. Die ongekompenseerde area wat deur die diffusie van elektrone en gate oorbly, sal 'n ingeboude elektriese veld vorm, en die ingeboude elektriese veld sal draer-drywing neig, en die rigting van drywing is net teenoor die rigting van diffusie, wat beteken dat die vorming van die ingeboude elektriese veld die diffusie van draers voorkom, en daar is beide diffusie en drywing binne die PN-voeg totdat die twee soorte beweging gebalanseer is, sodat die statiese draervloei nul is. Interne dinamiese balans.
Wanneer die PN-voegvlak aan ligstraling 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 rigtingsdrywing van die fotogegenereerde draer genereer fotostroom. Dit is die basiese beginsel van die PN-voegvlak-fotodetektor.

(3)PIN-fotodetektor
Die penfotodiode is 'n P-tipe materiaal en 'n N-tipe materiaal tussen die I-laag. Die I-laag van die materiaal is oor die algemeen 'n intrinsieke of lae-doteringsmateriaal. Die werkingsmeganisme daarvan is soortgelyk aan die PN-aansluiting. Wanneer die PIN-aansluiting aan ligstraling blootgestel word, dra die foton energie oor na die elektron, wat fotogegenereerde ladingdraers genereer. Die interne elektriese veld of die eksterne elektriese veld sal die fotogegenereerde elektron-gat-pare in die uitputtingslaag skei, en die gedrewe ladingdraers sal 'n stroom in die eksterne stroombaan vorm. Die rol van laag I is om die breedte van die uitputtingslaag uit te brei. Laag I sal onder 'n groot voorspanning die uitputtingslaag volledig word. Die gegenereerde elektron-gat-pare sal vinnig geskei word, sodat die reaksiespoed van die PIN-aansluiting-fotodetektor oor die algemeen vinniger is as dié van die PN-aansluiting-detektor. Draers buite die I-laag word ook deur die uitputtingslaag deur diffusiebeweging versamel en '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-fotodetektorsneeustorting fotodiode
Die meganisme vansneeustorting fotodiodeis soortgelyk aan dié van die PN-voeg. Die APD-fotodetektor gebruik 'n swaar gedoteerde PN-voeg, die bedryfspanning gebaseer op APD-deteksie is groot, en wanneer 'n groot omgekeerde voorspanning bygevoeg word, sal botsingsionisasie en lawinevermenigvuldiging binne die APD plaasvind, en die werkverrigting van die detektor verhoog die fotostroom. Wanneer die 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 bots, wat veroorsaak dat die elektrone in die rooster geïoniseerd 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 die APD wat APD-gebaseerde detektors oor die algemeen die eienskappe van vinnige reaksiespoed, groot stroomwaardewins en hoë sensitiwiteit het. In vergelyking met die PN-voeg en PIN-voeg, het die APD 'n vinniger reaksiespoed, wat die vinnigste reaksiespoed onder die huidige fotosensitiewe buise is.

(5) Schottky-voegpunt fotodetektor
Die basiese struktuur van die Schottky-voegplek-fotodetektor is 'n Schottky-diode, waarvan die elektriese eienskappe soortgelyk is aan dié van die PN-voegplek wat hierbo beskryf word, en dit het unidireksionele geleidingsvermoë met positiewe geleiding en omgekeerde afsnyding. Wanneer 'n metaal met 'n hoë werkfunksie en 'n halfgeleier met 'n lae werkfunksie kontak vorm, word 'n Schottky-versperring gevorm, en die gevolglike voegplek is 'n Schottky-voegplek. Die hoofmeganisme is ietwat soortgelyk aan die PN-voegplek, met N-tipe halfgeleiers as voorbeeld, wanneer twee materiale kontak vorm, sal die elektrone in die halfgeleier as gevolg van die verskillende elektronkonsentrasies van die twee materiale na die metaalkant diffundeer. Die verspreide elektrone versamel voortdurend aan die een kant van die metaal, wat die oorspronklike elektriese neutraliteit van die metaal vernietig, wat 'n ingeboude elektriese veld van die halfgeleier na die metaal op die kontakoppervlak vorm, 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-voegplek te vorm. Onder ligtoestande absorbeer die versperringsgebied lig direk en genereer elektron-gat-pare, terwyl die fotogegenereerde draers binne die PN-voegvlak deur die diffusiegebied moet beweeg om die voegvlakgebied te bereik. In vergelyking met die PN-voegvlak het die fotodetektor gebaseer op die Schottky-voegvlak 'n vinniger reaksiespoed, en die reaksiespoed kan selfs die ns-vlak bereik.