Veidsfotodetektora ierīcestruktūra
Fotodetektorsir ierīce, kas pārveido optisko signālu elektriskajā signālā, tās uzbūvi un dažādību galvenokārt var iedalīt šādās kategorijās:
(1) Fotovadošs fotodetektors
Kad fotovadošās ierīces tiek pakļautas gaismai, fotoģenerētais nesējs palielina to vadītspēju un samazina to pretestību. Istabas temperatūrā ierosinātie nesēji elektriskā lauka iedarbībā pārvietojas virziena veidā, tādējādi radot strāvu. Gaismas apstākļos elektroni tiek satraukti un notiek pāreja. Tajā pašā laikā tie dreifē elektriskā lauka iedarbībā, veidojot fotostrāvu. Iegūtie fotoģenerētie nesēji palielina ierīces vadītspēju un tādējādi samazina pretestību. Fotokonduktīvie fotodetektori parasti uzrāda lielu pastiprinājumu un lielu veiktspēju, taču tie nevar reaģēt uz augstfrekvences optiskajiem signāliem, tāpēc reakcijas ātrums ir lēns, kas dažos aspektos ierobežo fotovadošo ierīču pielietojumu.
(2)PN fotodetektors
PN fotodetektoru veido kontakts starp P tipa pusvadītāju materiālu un N tipa pusvadītāju materiālu. Pirms kontakta izveidošanas abi materiāli atrodas atsevišķā stāvoklī. Fermi līmenis P tipa pusvadītājā ir tuvu valences joslas malai, savukārt Fermi līmenis N tipa pusvadītājā ir tuvu vadītspējas joslas malai. Tajā pašā laikā N-veida materiāla Fermi līmenis vadīšanas joslas malā tiek nepārtraukti pārvietots uz leju, līdz abu materiālu Fermi līmenis ir vienā pozīcijā. Vadības joslas un valences joslas stāvokļa maiņa tiek pavadīta arī ar joslas saliekšanu. PN krustojums ir līdzsvarā, un tam ir vienmērīgs Fermi līmenis. No lādiņnesēju analīzes viedokļa lielākā daļa lādiņu nesēju P tipa materiālos ir caurumi, savukārt lielākā daļa lādiņnesēju N tipa materiālos ir elektroni. Kad abi materiāli saskaras, nesēju koncentrācijas atšķirības dēļ elektroni N tipa materiālos izkliedēsies uz P tipu, savukārt elektroni N tipa materiālos izkliedēsies pretējā virzienā caurumiem. Nekompensētais laukums, ko atstāj elektronu un caurumu difūzija, veidos iebūvētu elektrisko lauku, un iebūvētais elektriskais lauks mainīs nesēja novirzi, un novirzes virziens ir tieši pretējs difūzijas virzienam, kas nozīmē, ka iebūvētā elektriskā lauka veidošanās novērš nesēju difūziju, un PN krustojuma iekšpusē ir gan difūzija, gan dreifs, līdz tiek līdzsvaroti divi kustības veidi, tā ka statiskā nesēja plūsma ir nulle. Iekšējais dinamiskais līdzsvars.
Kad PN krustojums tiek pakļauts gaismas starojumam, fotona enerģija tiek pārnesta uz nesēju, un tiek ģenerēts fotoģenerētais nesējs, tas ir, fotoģenerētais elektronu caurumu pāris. Elektriskā lauka iedarbībā elektrons un caurums novirzās attiecīgi uz N apgabalu un P reģionu, un fotoģenerētā nesēja virziena novirze ģenerē fotostrāvu. Šis ir PN savienojuma fotodetektora pamatprincips.
(3)PIN fotodetektors
Pin fotodiode ir P veida materiāls un N veida materiāls starp I slāni, materiāla I slānis parasti ir materiāls vai ar zemu dopinga saturu. Tās darbības mehānisms ir līdzīgs PN savienojumam, kad PIN krustojums tiek pakļauts gaismas starojumam, fotons nodod enerģiju elektronam, ģenerējot fotoģenerētus lādiņnesējus, un iekšējais elektriskais lauks jeb ārējais elektriskais lauks atdalīs fotoģenerēto elektronu caurumu. pāri noplicināšanas slānī, un dreifētie lādiņnesēji veidos strāvu ārējā ķēdē. I slāņa loma ir paplašināt noplicināšanas slāņa platumu, un slānis I pilnībā kļūs par noplicināšanas slāni liela nobīdes sprieguma gadījumā, un ģenerētie elektronu caurumu pāri tiks ātri atdalīti, tāpēc PIN savienojuma fotodetektors parasti ir ātrāks nekā PN savienojuma detektors. Nesējus ārpus I slāņa savāc arī noplicināšanas slānis caur difūzijas kustību, veidojot difūzijas strāvu. I slāņa biezums parasti ir ļoti plāns, un tā mērķis ir uzlabot detektora reakcijas ātrumu.
(4)APD fotodetektorslavīnas fotodiode
Mehānisms,lavīnas fotodiodeir līdzīgs PN krustojumam. APD fotodetektors izmanto stipri leģētu PN savienojumu, darba spriegums, kas balstīts uz APD noteikšanu, ir liels, un, pievienojot lielu apgriezto nobīdi, APD iekšpusē notiks sadursmes jonizācija un lavīnu pavairošana, un detektora veiktspēja ir palielināta fotostrāva. Kad APD ir apgrieztā slīpuma režīmā, elektriskais lauks noplicināšanas slānī būs ļoti spēcīgs, un gaismas radītie fotoģenerētie nesēji tiks ātri atdalīti un ātri novirzīsies elektriskā lauka iedarbībā. Pastāv iespēja, ka šī procesa laikā elektroni ietrieksies režģī, izraisot režģa elektronu jonizāciju. Šis process atkārtojas, un režģī esošie jonizētie joni arī saduras ar režģi, izraisot lādiņnesēju skaita palielināšanos APD, kā rezultātā rodas liela strāva. Tieši šim unikālajam APD iekšējam fiziskajam mehānismam uz APD balstītiem detektoriem parasti piemīt ātras reakcijas ātruma, liela strāvas vērtības pastiprinājuma un augsta jutības īpašības. Salīdzinot ar PN savienojumu un PIN savienojumu, APD ir ātrāks reakcijas ātrums, kas ir ātrākais reakcijas ātrums starp pašreizējām gaismas jutīgajām caurulēm.
(5) Šotkija savienojuma fotodetektors
Šotkija savienojuma fotodetektora pamatstruktūra ir Šotkija diode, kuras elektriskie raksturlielumi ir līdzīgi iepriekš aprakstītajam PN savienojumam, un tam ir vienvirziena vadītspēja ar pozitīvu vadītspēju un reverso atslēgšanu. Kad metāls ar augstu darba funkciju un pusvadītājs ar zemu darba funkciju veido kontaktu, veidojas Šotkija barjera, un iegūtais savienojums ir Šotkija pāreja. Galvenais mehānisms ir nedaudz līdzīgs PN savienojumam, kā piemēru ņemot N tipa pusvadītājus, kad diviem materiāliem veidojot kontaktu, divu materiālu atšķirīgās elektronu koncentrācijas dēļ pusvadītāja elektroni izkliedēsies uz metāla pusi. Izkliedētie elektroni nepārtraukti uzkrājas vienā metāla galā, tādējādi iznīcinot metāla sākotnējo elektrisko neitralitāti, veidojot iebūvētu elektrisko lauku no pusvadītāja uz metālu uz kontaktvirsmas, un elektroni dreifēs metāla iedarbībā. iekšējais elektriskais lauks, un nesēja difūzijas un dreifēšanas kustība tiks veikta vienlaicīgi, pēc kāda laika, lai sasniegtu dinamisko līdzsvaru un visbeidzot izveidotu Šotki krustojumu. Gaismas apstākļos barjeras apgabals tieši absorbē gaismu un ģenerē elektronu caurumu pārus, savukārt fotoģenerētajiem nesējiem PN savienojuma iekšpusē ir jāiziet cauri difūzijas apgabalam, lai sasniegtu savienojuma reģionu. Salīdzinot ar PN savienojumu, fotodetektoram, kura pamatā ir Šotkija krustojums, ir ātrāks reakcijas ātrums, un reakcijas ātrums var sasniegt pat ns līmeni.
Publicēšanas laiks: 13. augusts 2024