Вид на структура на уредот со фотодетектор

Тип науред за фотодетекторструктура
Фотодетекторе уред кој го претвора оптичкиот сигнал во електричен сигнал, неговата структура и разновидност, главно може да се подели во следните категории:
(1) Фотокондуктивен фотодетектор
Кога фотоспроводливите уреди се изложени на светлина, фотогенерираниот носач ја зголемува нивната спроводливост и ја намалува нивната отпорност. Носачите возбудени на собна температура се движат во насока под дејство на електрично поле, со што се генерира струја. Во услови на светлина, електроните се возбудуваат и се случува транзиција. Во исто време, тие се движат под дејство на електрично поле за да формираат фотоструја. Добиените фотогенерирани носачи ја зголемуваат спроводливоста на уредот и на тој начин го намалуваат отпорот. Фотокондуктивните фотодетектори обично покажуваат голема добивка и голема одзивност во перформансите, но тие не можат да одговорат на оптички сигнали со висока фреквенција, па брзината на одговор е бавна, што ја ограничува примената на фотоспроводливи уреди во некои аспекти.

(2)PN фотодетектор
PN фотодетекторот се формира со контакт помеѓу полупроводнички материјал од P-тип и полупроводнички материјал од N-тип. Пред да се формира контактот, двата материјали се во посебна состојба. Нивото на Ферми кај полупроводниците од типот P е блиску до работ на валентната лента, додека нивото на Ферми во полупроводникот од типот N е блиску до работ на проводната лента. Во исто време, нивото на Ферми на материјалот од типот N на работ на проводната лента континуирано се поместува надолу се додека нивото на Ферми на двата материјали не е во иста положба. Промената на положбата на проводната лента и валентниот појас е придружена и со свиткување на лентата. PN-спојот е во рамнотежа и има еднообразно ниво на Ферми. Од аспект на анализата на носителите на полнеж, најголем дел од носителите на полнеж во материјалите од P-тип се дупки, додека повеќето од носителите на полнеж во материјалите од N-тип се електрони. Кога двата материјали се во контакт, поради разликата во концентрацијата на носителот, електроните во материјалите од N-тип ќе дифузираат до P-тип, додека електроните во материјалите од N-тип ќе дифузираат во спротивна насока од дупките. Некомпензираната област оставена од дифузијата на електроните и дупките ќе формира вградено електрично поле, а вграденото електрично поле ќе има тренд на летање на носителот, а насоката на дрифтот е точно спротивна од насоката на дифузија, што значи дека формирањето на вграденото електрично поле ја спречува дифузијата на носачите, а има и дифузија и нанос во PN спојот додека двата вида на движење не се избалансираат, така што статичкиот проток на носачот е нула. Внатрешна динамична рамнотежа.
Кога PN-спојот е изложен на светлосно зрачење, енергијата на фотонот се пренесува на носачот и се генерира фотогенерираниот носач, односно фотогенерираниот пар електрон-дупка. Под дејство на електричното поле, електронот и дупката се повлекуваат кон регионот N и регионот P соодветно, а насочениот нанос на фотогенерираниот носач генерира фотоструја. Ова е основниот принцип на фотодетекторот на PN спој.

(3)ПИН фотодетектор
Пин фотодиодата е материјал од P-тип и материјал од N-тип помеѓу I слојот, I слојот на материјалот е генерално суштински или ниско-допинг материјал. Нејзиниот работен механизам е сличен на PN-спојот, кога PIN-спојот е изложен на светлосно зрачење, фотонот ја пренесува енергијата на електронот, генерирајќи фотогенерирани носители на полнеж, а внатрешното електрично поле или надворешното електрично поле ќе ја оддели фотогенерираната електронска дупка. парови во слојот на осиромашување, а одвлечените носачи на полнеж ќе формираат струја во надворешното коло. Улогата што ја игра слојот I е да ја прошири ширината на слојот на исцрпување, а слојот I целосно ќе стане слој на осиромашување под голем напон на пристрасност, а генерираните парови електрон-дупка брзо ќе се разделат, така што брзината на одговор на ПИН-спој фотодетектор е генерално побрз од оној на PN-спој детектор. Носачите надвор од I слојот исто така се собираат од слојот на исцрпување преку дифузно движење, формирајќи дифузна струја. Дебелината на слојот I е генерално многу тенка, а неговата цел е да ја подобри брзината на одговор на детекторот.

(4)APD фотодетекторлавина фотодиода
Механизмот налавина фотодиодае слична на онаа на PN спојот. APD фотодетектор користи силно допирана PN спој, работниот напон заснован на APD детекција е голем, а кога ќе се додаде голема обратна пристрасност, јонизација на судир и множење на лавина ќе се појават во APD, а перформансите на детекторот се зголемени фотоструја. Кога APD е во режим на обратна пристрасност, електричното поле во слојот на осиромашување ќе биде многу силно, а фотогенерираните носители генерирани од светлината брзо ќе се одвојат и брзо ќе се движат под дејство на електричното поле. Постои веројатност дека електроните ќе се судрат во решетката за време на овој процес, предизвикувајќи електроните во решетката да бидат јонизирани. Овој процес се повторува, а јонизираните јони во решетката исто така се судираат со решетката, предизвикувајќи зголемување на бројот на носители на полнеж во APD, што резултира со голема струја. Токму овој уникатен физички механизам во APD е дека детекторите базирани на APD генерално ги имаат карактеристиките на брза брзина на одговор, големо засилување на сегашната вредност и висока чувствителност. Во споредба со PN спој и PIN спој, APD има поголема брзина на одговор, што е најбрзата брзина на одговор меѓу сегашните фотосензитивни цевки.

(5) Фотодетектор за спој на Шотки
Основната структура на Шотки-спојниот фотодетектор е Шотки диода, чии електрични карактеристики се слични на оние на PN спојот опишан погоре, и има еднонасочна спроводливост со позитивно спроводливост и обратно исклучување. Кога метал со висока работна функција и полупроводник со ниска работна функција формираат контакт, се формира Шотки бариера, а добиениот спој е Шотки-спој. Главниот механизам е донекаде сличен на спојот PN, земајќи ги за пример полупроводниците од N-тип, кога два материјали формираат контакт, поради различните концентрации на електрони на двата материјали, електроните во полупроводникот ќе се дифузираат на металната страна. Дифузните електрони непрекинато се акумулираат на едниот крај од металот, со што се уништува првобитната електрична неутралност на металот, формирајќи вградено електрично поле од полупроводникот до металот на контактната површина, а електроните ќе се движат под дејство на внатрешно електрично поле, а дифузијата и движењето на носачот ќе се извршат истовремено, по одреден временски период за да се постигне динамичка рамнотежа и конечно да се формира Шотки-спој. Под светлосни услови, преградниот регион директно ја апсорбира светлината и генерира парови електрон-дупки, додека фотогенерираните носители во PN-спојот треба да поминат низ регионот на дифузија за да стигнат до регионот на спојување. Во споредба со PN-спојот, фотодетекторот базиран на Шотки-спој има поголема брзина на одговор, а брзината на одговор може дури и да достигне ns ниво.