Fotodetektora ierīces struktūras tips

Veidsfotodetora ierīcestruktūra
Fotodetektorsir ierīce, kas optisko signālu pārveido elektriskajā signālā, ‌ tā struktūra un šķirne ‌ galvenokārt var sadalīt šādās kategorijās: ‌
(1) fotokonduktīvs fotodetektors
Kad fotokonduktīvās ierīces tiek pakļautas gaismai, fotogenētais nesējs palielina to vadītspēju un samazina to izturību. Pārvadātāji, kas satraukti istabas temperatūrā, pārvietojas virziena veidā elektriskā lauka darbībā, tādējādi radot strāvu. Gaismas apstākļos elektroni tiek satraukti un notiek pāreja. Tajā pašā laikā viņi dreifē elektriskā lauka darbību, veidojot fotokrastu. Iegūtie fotogenizētie nesēji palielina ierīces vadītspēju un tādējādi samazina pretestību. Fotokonduktīvie fotodetektori parasti uzrāda lielu ieguvumu un lielu reakciju uz veiktspēju, taču tie nevar reaģēt uz augstfrekvences optiskajiem signāliem, tāpēc reakcijas ātrums ir lēns, kas dažos aspektos ierobežo fotokonduktīvo ierīču pielietojumu.

(2)PN fotodetektors
PN fotodetoru veido kontakts starp P-Type pusvadītāju materiālu un N-veida pusvadītāju materiālu. Pirms kontakta izveidošanas abi materiāli ir atsevišķā stāvoklī. Fermi līmenis P veida pusvadītājā ir tuvu valences joslas malai, savukārt Fermi līmenis N veida pusvadītājā ir tuvu vadīšanas joslas malai. Tajā pašā laikā N veida materiāla Fermi līmenis vadīšanas joslas malā tiek nepārtraukti nobīdīts uz leju, līdz abu materiālu Fermi līmenis ir vienā stāvoklī. Vadīšanas joslas un valences joslas pozīcijas maiņu arī pievieno joslas saliekšana. PN krustojums ir līdzsvarā, un tam ir vienāds Fermi līmenis. No lādiņu nesēja analīzes aspekta lielākā daļa lādiņu nesēju P veida materiālos ir caurumi, savukārt lielākā daļa lādiņu nesēju N veida materiālos ir elektroni. Ja abi materiāli ir saskarē, sakarā ar nesēja koncentrācijas atšķirību, elektroni N veida materiālos izkliedēsies līdz P tipam, bet elektroni N veida materiālos izkliedēsies pretējā virzienā caurumiem. Nekompensētais laukums, ko atstāj elektronu un caurumu difūzija, veidos iebūvētu elektrisko lauku, un iebūvētais elektriskais lauks palielināsies par nesēju dreifēšanu, un dreifēšanas virziens ir tieši pretējs difūzijas virzienam, kas nozīmē, ka iebūvētā elektriskā lauka difūzija izplatās pārvadātāju difūzijā, un ir gan difūzija, gan dreifs PN savienojuma iekšpusē. Iekšējais dinamiskais līdzsvars.
Kad PN krustojums ir pakļauts gaismas starojumam, fotona enerģija tiek pārnesta uz nesēju, un fotogenētais nesējs, tas ir, fotogenizētais elektronu caurumu pāris tiek izveidots. Elektriskā lauka darbībā elektronu un cauruma novirze attiecīgi uz N reģionu un P reģionu, un fotogenētā nesēja virziena novirze rada fotokrastu. Tas ir PN krustojuma fotodetora pamatprincips.

(3)Tapu fotodetektors
PIN fotodiode ir P tipa materiāls un N veida materiāls starp I slāni, materiāla I slānis parasti ir iekšējs vai zems leģēšanas materiāls. Tās darba mehānisms ir līdzīgs PN krustojumam, kad tapas krustojums tiek pakļauts gaismas starojumam, fotons pārnes enerģiju elektronam, veidojot fotogenizētus lādiņu nesējus, un iekšējais elektriskais lauks vai ārējais elektriskais lauks atdalīs fotogenētus elektronu caurumu pārus noplicināšanas slānī, un pārnēsātie lādiņi veidos strāvu ārējā ķēdē. I slāņa loma ir paplašināt noplicināšanas slāņa platumu, un slānis, kas i pilnībā kļūs par noplicināšanas slāni zem liela novirzes sprieguma, un ģenerētie elektronu caurumu pāri tiks ātri atdalīti, tāpēc tapu savienojuma fotodetektors parasti ir ātrāks nekā PN krustojuma noteikšanas noteikšanas ātrums. Pārvadātāji ārpus I slāņa tiek savākti arī ar izsīkuma slāni, izmantojot difūzijas kustību, veidojot difūzijas strāvu. I slāņa biezums parasti ir ļoti plāns, un tā mērķis ir uzlabot detektora reakcijas ātrumu.

(4)APD fotodetektorslavīna fotodiode
Mehānismslavīna fotodiodeir līdzīgs PN krustojumam. APD fotodetektors izmanto stipri leģētu PN krustojumu, darbības spriegums, kas balstīts uz APD noteikšanu, ir liels, un, pievienojot lielu apgrieztu novirzi, APD iekšpusē notiks sadursmes jonizācija un lavīnu reizināšana, un detektora veiktspēja palielinās fotokrastā. Kad APD ir apgrieztā novirzes režīmā, elektriskais lauks noplicināšanas slānī būs ļoti spēcīgs, un gaismas radītie fotogenizētie nesēji ātri tiks atdalīti un ātri novirzās ar elektriskā lauka darbību. Pastāv varbūtība, ka elektroni šī procesa laikā iedziļināsies režģī, izraisot jonizētu elektronus režģī. Šis process tiek atkārtots, un jonizētie joni režģī saduras arī ar režģi, izraisot palielināšanās lādiņu nesēju skaitu APD, kā rezultātā rodas liela strāva. Tieši šis unikālais fizikālais mehānisms APD iekšpusē uz APD balstītiem detektoriem parasti ir ātras reakcijas ātruma, liela strāvas vērtības pieauguma un augsta jutības raksturlielumi. Salīdzinot ar PN krustojumu un tapu krustojumu, APD ir ātrāks reakcijas ātrums, kas ir ātrākais reakcijas ātrums starp pašreizējām fotosensitīvajām caurulēm.

(5) Schottky krustojums fotodetektors
Schottky krustojuma fotodetektora pamatstruktūra ir Schottky diode, kuras elektriskās īpašības ir līdzīgas iepriekš aprakstītajam PN krustojumam, un tai ir vienvirziena vadītspēja ar pozitīvu vadīšanu un apgrieztu robežu. Kad metāls ar augstu darba funkciju un pusvadītājs ar zemas darba funkcijas kontaktu, veidojas Schottky barjera, un iegūtais krustojums ir Schottky krustojums. Galvenais mehānisms ir nedaudz līdzīgs PN krustojumam, kā piemēru ņemot N veida pusvadītājus, kad divi materiāli veido kontaktu, sakarā ar abu materiālu atšķirīgo elektronu koncentrāciju, pusvadītāja elektroni izkliedēsies līdz metāla pusē. Izkliedētie elektroni nepārtraukti uzkrājas vienā metāla galā, tādējādi iznīcinot metāla oriģinālo elektrisko neitralitāti, veidojot iebūvētu elektrisko lauku no pusvadītāja uz metālu uz kontakta virsmas, un elektroni dreifēs iekšējā elektriskā lauka darbībā, un nesēja difūzija un dreifējoša kustība tiks veikta vienlaicīgi, pēc tam, kad laika posms ir sasniedzams. Gaismas apstākļos barjeras reģions tieši absorbē gaismu un ģenerē elektronu caurumu pārus, savukārt fotogenizētajiem nesējiem PN krustojuma iekšpusē jāiet cauri difūzijas reģionam, lai sasniegtu krustojuma reģionu. Salīdzinot ar PN krustojumu, fotodetektoram, kura pamatā ir Schottky krustojums, ir ātrāks reakcijas ātrums, un reakcijas ātrums var pat sasniegt NS līmeni.