Тип структура на фотодетекторното устройство

Тип нафотодетекторно устройствоструктура
Фотодетекторе устройство, което преобразува оптичен сигнал в електрически сигнал, ‌ неговата структура и разновидност, ‌ могат да бъдат разделени основно в следните категории: ‌
(1) Фотопроводим фотодетектор
Когато фотопроводимите устройства са изложени на светлина, фотогенерираният носител увеличава тяхната проводимост и намалява тяхното съпротивление. Носителите, възбудени при стайна температура, се движат насочено под действието на електрическо поле, като по този начин генерират ток. В условията на светлина електроните се възбуждат и възниква преход. В същото време те се дрейфират под действието на електрическо поле, за да образуват фототок. Получените фотогенерирани носители увеличават проводимостта на устройството и по този начин намаляват съпротивлението. Фотопроводимите фотодетектори обикновено показват голямо усилване и голяма отзивчивост в производителността, но не могат да реагират на високочестотни оптични сигнали, така че скоростта на реакция е бавна, което ограничава приложението на фотопроводимите устройства в някои аспекти.

(2)PN фотодетектор
PN фотодетекторът се формира от контакта между P-тип полупроводников материал и N-тип полупроводников материал. Преди да се образува контакт, двата материала са в отделно състояние. Нивото на Ферми в полупроводника от тип P е близо до ръба на валентната лента, докато нивото на Ферми в полупроводника от тип N е близо до ръба на лентата на проводимост. В същото време нивото на Ферми на материала от N-тип на ръба на проводящата лента непрекъснато се измества надолу, докато нивото на Ферми на двата материала е в една и съща позиция. Промяната на позицията на проводящата зона и валентната зона също е придружена от огъване на лентата. PN преходът е в равновесие и има еднакво ниво на Ферми. От гледна точка на анализа на носителите на заряд, повечето от носителите на заряд в материалите от тип P са дупки, докато повечето от носителите на заряд в материалите от тип N са електрони. Когато двата материала са в контакт, поради разликата в концентрацията на носителя, електроните в материалите от N-тип ще дифундират към P-тип, докато електроните в материалите от N-тип ще дифундират в посока, обратна на дупките. Некомпенсираната зона, оставена от дифузията на електрони и дупки, ще образува вградено електрическо поле, а вграденото електрическо поле ще насочи дрейфа на носителя, а посоката на дрейфа е точно противоположна на посоката на дифузия, което означава, че образуването на вграденото електрическо поле предотвратява дифузията на носители и има както дифузия, така и дрейф вътре в PN прехода, докато двата вида движение се балансират, така че статичният поток на носител е нула. Вътрешен динамичен баланс.
Когато PN преходът е изложен на светлинно лъчение, енергията на фотона се прехвърля към носителя и се генерира фотогенерираният носител, тоест фотогенерираната двойка електрон-дупка. Под действието на електрическото поле, електронът и дупката се отклоняват съответно към N областта и P областта, а насоченият дрейф на фотогенерирания носител генерира фототок. Това е основният принцип на фотодетектора за PN преход.

(3)PIN фотодетектор
Пин фотодиодът е P-тип материал и N-тип материал между слоя I, I слоят на материала обикновено е присъщ материал или материал с ниско допинг. Неговият работен механизъм е подобен на PN прехода, когато PIN преходът е изложен на светлинно лъчение, фотонът прехвърля енергия към електрона, генерирайки фотогенерирани носители на заряд, а вътрешното електрическо поле или външното електрическо поле ще отделят фотогенерирания електрон-дупка двойки в слоя на изчерпване и дрейфованите носители на заряд ще образуват ток във външната верига. Ролята, която играе слой I, е да разшири ширината на слоя на изчерпване, а слой I напълно ще се превърне в слой на изчерпване под голямо напрежение на отклонение и генерираните двойки електрон-дупка ще бъдат бързо разделени, така че скоростта на реакция на Фотодетекторът на PIN съединение обикновено е по-бърз от този на детектора на PN съединение. Носителите извън I слоя също се събират от изчерпания слой чрез дифузионно движение, образувайки дифузионен ток. Дебелината на слоя I обикновено е много малка и целта му е да подобри скоростта на реакция на детектора.

(4)APD фотодетекторлавинен фотодиод
Механизмът налавинен фотодиоде подобен на този на PN прехода. APD фотодетекторът използва силно легиран PN преход, работното напрежение, базирано на APD откриване, е голямо и когато се добави голямо обратно отклонение, йонизацията на сблъсък и лавинообразното умножаване ще се появят вътре в APD, а производителността на детектора се увеличава фототока. Когато APD е в режим на обратно отклонение, електрическото поле в слоя на изчерпване ще бъде много силно и фотогенерираните носители, генерирани от светлина, ще бъдат бързо разделени и бързо ще се отклонят под действието на електрическото поле. Има вероятност електроните да се блъснат в решетката по време на този процес, причинявайки йонизиране на електроните в решетката. Този процес се повтаря и йонизираните йони в решетката също се сблъскват с решетката, причинявайки увеличаване на броя на носителите на заряд в APD, което води до голям ток. Това е този уникален физически механизъм в APD, който базираните на APD детектори обикновено имат характеристиките на бърза скорост на реакция, голямо усилване на текущата стойност и висока чувствителност. В сравнение с PN прехода и PIN прехода, APD има по-бърза скорост на реакция, което е най-бързата скорост на реакция сред настоящите фоточувствителни тръби.

(5) Фотодетектор на преход на Шотки
Основната структура на фотодетектора на прехода на Шотки е диод на Шотки, чиито електрически характеристики са подобни на тези на PN прехода, описан по-горе, и има еднопосочна проводимост с положителна проводимост и обратно прекъсване. Когато метал с висока работа на изход и полупроводник с ниска работа на изход образуват контакт, се образува бариера на Шотки и получената връзка е връзка на Шотки. Основният механизъм е донякъде подобен на PN прехода, като вземем за пример полупроводници тип N, когато два материала образуват контакт, поради различните концентрации на електрони на двата материала, електроните в полупроводника ще дифундират към металната страна. Разсеяните електрони се натрупват непрекъснато в единия край на метала, като по този начин разрушават първоначалната електрическа неутралност на метала, образувайки вградено електрическо поле от полупроводника към метала върху контактната повърхност и електроните ще се отклонят под действието на вътрешно електрическо поле и дифузията на носителя и дрейфовото движение ще се извършват едновременно, след период от време, за да се достигне динамично равновесие, и накрая да се образува връзка на Шотки. При светлинни условия бариерната област директно абсорбира светлина и генерира двойки електрон-дупка, докато фотогенерираните носители вътре в PN прехода трябва да преминат през дифузионната област, за да достигнат до преходната област. В сравнение с PN прехода, фотодетекторът, базиран на прехода на Шотки, има по-бърза скорост на реакция и скоростта на реакция може дори да достигне ниво на ns.