Тип науред за фотодетекторструктура
Фотодетекторе уред што го претвора оптичкиот сигнал во електричен сигнал, неговата структура и разновидност може да се поделат главно во следниве категории:
(1) Фотоспроводлив фотодетектор
Кога фотоспроводливите уреди се изложени на светлина, фотогенерираниот носач ја зголемува нивната спроводливост и го намалува нивниот отпор. Носачите возбудени на собна температура се движат во насока под дејство на електрично поле, со што генерираат струја. Под услови на светлина, електроните се возбудуваат и се случува транзиција. Во исто време, тие лебдат под дејство на електрично поле за да формираат фотоструја. Резултантните фотогенерирани носачи ја зголемуваат спроводливоста на уредот и со тоа го намалуваат отпорот. Фотоспроводливите фотодетектори обично покажуваат големо засилување и голема одзивност во перформансите, но не можат да одговорат на високофреквентни оптички сигнали, па затоа брзината на одзив е бавна, што ја ограничува примената на фотоспроводливите 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. Фермиевото ниво кај P-тип полупроводник е блиску до работ на валентната лента, додека Фермиевото ниво кај N-тип полупроводник е блиску до работ на спроводната лента. Во исто време, Фермиевото ниво на материјалот од N-тип на работ на спроводната лента континуирано се поместува надолу сè додека Фермиевото ниво на двата материјали не се најде во иста положба. Промената на положбата на спроводната и валентната лента е исто така придружена со свиткување на лентата. PN спојот е во рамнотежа и има униформно Фермиево ниво. Од аспект на анализата на носителите на полнеж, повеќето носители на полнеж во материјалите од P-тип се дупки, додека повеќето носители на полнеж во материјалите од N-тип се електрони. Кога двата материјали се во контакт, поради разликата во концентрацијата на носители, електроните во материјалите од N-тип ќе дифундираат кон P-тип, додека електроните во материјалите од N-тип ќе дифундираат во спротивна насока од дупките. Некомпензираната површина оставена од дифузијата на електрони и дупки ќе формира вградено електрично поле, а вграденото електрично поле ќе се движи кон поместување на носителите, а насоката на поместување е спротивна на насоката на дифузија, што значи дека формирањето на вграденото електрично поле ја спречува дифузијата на носителите, и во PN спојот има и дифузија и поместување сè додека двата вида на движење не се избалансираат, така што статичкиот проток на носители е нула. Внатрешна динамичка рамнотежа.
Кога PN спојот е изложен на светлосно зрачење, енергијата на фотонот се пренесува на носачот, и фотогенерираниот носач, односно фотогенерираниот пар електрон-дупка, се генерира. Под дејство на електричното поле, електронот и дупката се поместуваат кон N и P регионот, соодветно, а насоченото поместување на фотогенерираниот носач генерира фотоструја. Ова е основниот принцип на фотодетекторот на PN спојот.
(3)ПИН фотодетектор
Пинската фотодиода е материјал од P-тип и материјал од N-тип помеѓу I-слојот, I-слојот на материјалот е генерално интринзичен или ниско-допинг материјал. Неговиот механизам на работа е сличен на PN спојот, кога PIN спојот е изложен на светлосно зрачење, фотонот пренесува енергија на електронот, генерирајќи фотогенерирани носители на полнеж, а внатрешното електрично поле или надворешното електрично поле ќе ги одвои фотогенерираните парови електрон-дупка во слојот на осиромашување, а отклонетите носители на полнеж ќе формираат струја во надворешното коло. Улогата што ја игра слојот I е да ја прошири ширината на слојот на осиромашување, а слојот I целосно ќе стане слој на осиромашување под голем напон на пристрасност, а генерираните парови електрон-дупка ќе бидат брзо одвоени, така што брзината на одговор на фотодетекторот на PIN спојот е генерално побрза од онаа на детекторот на PN спојот. Носачите надвор од I-слојот исто така се собираат од слојот на осиромашување преку дифузиско движење, формирајќи дифузиона струја. Дебелината на I-слојот е генерално многу тенка, а нејзината цел е да ја подобри брзината на одговор на детекторот.
(4)APD фотодетекторлавинска фотодиода
Механизмот налавинска фотодиодае сличен на оној на PN спојот. APD фотодетекторот користи силно допирана PN спојка, работниот напон базиран на APD детекција е голем, и кога се додава големо обратно поларизирање, во APD ќе се појават јонизација на судир и лавинско множење, а перформансите на детекторот се зголемуваат со фотострујата. Кога APD е во режим на обратно поларизирање, електричното поле во слојот на осиромашување ќе биде многу силно, а фотогенерираните носители генерирани од светлината ќе бидат брзо одвоени и брзо ќе лебдат под дејството на електричното поле. Постои веројатност електроните да се судрат со решетката за време на овој процес, предизвикувајќи јонизација на електроните во решетката. 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 ги карактеризира детекторите базирани на APD генерално како брза брзина на одговор, големо зголемување на вредноста на струјата и висока чувствителност. Во споредба со PN спојот и PIN спојот, APD има побрза брзина на одговор, што е најбрзата брзина на одговор меѓу моменталните фотосензитивни цевки.
(5) Фотодетектор на Шоткиевата спојка
Основната структура на фотодетекторот за Шоткиева спојка е Шоткиева диода, чии електрични карактеристики се слични на оние на PN спојката опишана погоре, и има еднонасочна спроводливост со позитивна спроводливост и обратен отсек. Кога метал со висока работна функција и полупроводник со ниска работна функција ќе се јават во контакт, се формира Шоткиева бариера, а добиената спојка е Шоткиева спојка. Главниот механизам е донекаде сличен на PN спојката, земајќи ги полупроводниците од N-тип како пример, кога два материјали ќе стапат во контакт, поради различните концентрации на електрони на двата материјали, електроните во полупроводникот ќе дифундираат кон металната страна. Дифузните електрони се акумулираат континуирано на едниот крај од металот, со што се уништува оригиналната електрична неутралност на металот, формирајќи вградено електрично поле од полупроводникот до металот на контактната површина, а електроните ќе лебдат под дејство на внатрешното електрично поле, а дифузијата и движењето на лебдењето на носачот ќе се извршат истовремено, по одреден временски период за да се достигне динамичка рамнотежа, и конечно да се формира Шоткиева спојка. Под услови на светлина, бариерната област директно апсорбира светлина и генерира парови електрон-дупка, додека фотогенерираните носители во PN спојот треба да поминат низ дифузионата област за да стигнат до спојната област. Во споредба со PN спојот, фотодетекторот базиран на Шоткиева врска има побрза брзина на одговор, а брзината на одговор може да достигне дури и ниво од ns.
Време на објавување: 13 август 2024 година