Типфотодетекторний пристрійструктура
Фотодетекторце пристрій, який перетворює оптичний сигнал в електричний сигнал, його структура та різновид, можна в основному розділити на такі категорії:
(1) Фотопровідний фотодетектор
Коли фотопровідні пристрої піддаються дії світла, фотогенерований носій збільшує їх провідність і зменшує опір. Збуджені при кімнатній температурі носії під дією електричного поля рухаються спрямовано, утворюючи струм. В умовах світла електрони збуджуються і відбувається перехід. При цьому вони під дією електричного поля дрейфують, утворюючи фотострум. Отримані фотогенеровані носії збільшують провідність пристрою і таким чином зменшують опір. Фотопровідні фотодетектори зазвичай демонструють високе посилення та велику чутливість у продуктивності, але вони не можуть реагувати на високочастотні оптичні сигнали, тому швидкість відгуку низька, що обмежує застосування фотопровідних пристроїв у деяких аспектах.
(2)PN фотодетектор
Фотодетектор PN утворений контактом між напівпровідниковим матеріалом P-типу та напівпровідниковим матеріалом N-типу. Перед утворенням контакту два матеріали знаходяться в окремому стані. Рівень Фермі в напівпровіднику P-типу знаходиться близько до краю валентної зони, тоді як рівень Фермі в напівпровіднику N-типу знаходиться близько до краю зони провідності. У той же час рівень Фермі матеріалу N-типу на краю зони провідності безперервно зміщується вниз, поки рівень Фермі двох матеріалів не опиниться в одному положенні. Зміна положення зони провідності і валентної зони також супроводжується викривленням зони. PN-перехід знаходиться в рівновазі і має однорідний рівень Фермі. З точки зору аналізу носіїв заряду, більшість носіїв заряду в матеріалах P-типу є дірками, тоді як більшість носіїв заряду в матеріалах N-типу є електронами. Коли два матеріали знаходяться в контакті, через різницю в концентрації носіїв, електрони в матеріалах N-типу дифундують до P-типу, тоді як електрони в матеріалах N-типу дифундують у протилежному напрямку до дірок. Некомпенсована область, що залишилася в результаті дифузії електронів і дірок, утворюватиме вбудоване електричне поле, а вбудоване електричне поле буде трендувати дрейф носіїв, а напрямок дрейфу прямо протилежний напрямку дифузії, що означає, що Утворення вбудованого електричного поля запобігає дифузії носіїв, і всередині PN-переходу відбуваються як дифузія, так і дрейф, доки обидва види руху не збалансуються, так що статичний потік носіїв дорівнює нулю. Внутрішня динамічна рівновага.
Коли PN-перехід піддається впливу світлового випромінювання, енергія фотона передається носіїв, і генерується фотогенерований носій, тобто фотогенерована електрон-діркова пара. Під дією електричного поля електрон і дірка дрейфують відповідно до області N і області P, а спрямований дрейф фотогенерованого носія генерує фотострум. Це основний принцип фотодетектора PN-переходу.
(3)PIN фотодетектор
Штифтовий фотодіод є матеріалом P-типу та матеріалом N-типу між шаром I, шар I матеріалу, як правило, є власним або матеріалом з низьким легуванням. Його робочий механізм подібний до PN-переходу, коли PIN-перехід піддається впливу світлового випромінювання, фотон передає енергію електрону, генеруючи фотогенеровані носії заряду, а внутрішнє електричне поле або зовнішнє електричне поле відокремлює фотогенерований електрон-дірку. пар у виснаженому шарі, і дрейфовані носії заряду утворять струм у зовнішньому ланцюзі. Роль шару I полягає в тому, щоб збільшити ширину виснаженого шару, і шар I повністю стане виснаженим шаром під великою напругою зсуву, а створені електронно-діркові пари будуть швидко розділені, тому швидкість відгуку Фотодетектор на PIN-переході, як правило, швидше, ніж детектор на PN-переході. Носії за межами шару I також збираються збідненим шаром через дифузійний рух, утворюючи дифузійний струм. Товщина шару I, як правило, дуже мала, і його метою є покращення швидкості відгуку детектора.
(4)Фотодетектор APDлавинний фотодіод
Механізмлавинний фотодіодсхожий на PN-перехід. Фотодетектор APD використовує сильно легований PN-перехід, робоча напруга, заснована на виявленні APD, є великою, і коли додається велике зворотне зміщення, іонізація зіткнення та лавинне розмноження відбуватимуться всередині APD, а продуктивність детектора збільшує фотострум. Коли APD перебуває в режимі зворотного зсуву, електричне поле у виснаженому шарі буде дуже сильним, і фотогенеровані носії, що генеруються світлом, будуть швидко розділятися та швидко дрейфувати під дією електричного поля. Існує ймовірність того, що під час цього процесу електрони врізатимуться в решітку, спричиняючи іонізацію електронів у ґратці. Цей процес повторюється, і іонізовані іони в решітці також стикаються з решіткою, викликаючи збільшення кількості носіїв заряду в АПД, що призводить до великого струму. Саме завдяки цьому унікальному фізичному механізму всередині APD детектори на основі APD зазвичай мають такі характеристики, як швидка швидкість відгуку, велике посилення значення струму та висока чутливість. Порівняно з PN-переходом і PIN-переходом, APD має вищу швидкість відгуку, що є найшвидшим серед сучасних фоточутливих трубок.
(5) Фотодетектор з переходом Шотткі
Основною структурою фотодетектора з переходом Шотткі є діод Шотткі, електричні характеристики якого подібні до описаного вище PN-переходу, і він має односпрямовану провідність з позитивною провідністю та зворотним відсіченням. Коли метал з високою роботою виходу і напівпровідник з низькою роботою виходу утворюють контакт, утворюється бар'єр Шотткі, і отриманий з'єднання є переходом Шотткі. Основний механізм дещо схожий на PN-перехід, беручи за приклад напівпровідники N-типу, коли два матеріали утворюють контакт, через різну концентрацію електронів у двох матеріалах, електрони в напівпровіднику дифундують до металевої сторони. Розсіяні електрони безперервно накопичуються на одному кінці металу, таким чином руйнуючи початкову електричну нейтральність металу, утворюючи вбудоване електричне поле від напівпровідника до металу на поверхні контакту, і електрони будуть дрейфувати під дією внутрішнє електричне поле, дифузія та дрейфовий рух носія відбуватимуться одночасно, через деякий час для досягнення динамічної рівноваги та, нарешті, сформують перехід Шотткі. За умов освітлення бар’єрна область безпосередньо поглинає світло та генерує електронно-діркові пари, тоді як фотогенеровані носії всередині PN-переходу повинні пройти через область дифузії, щоб досягти області з’єднання. У порівнянні з PN-переходом, фотодетектор на основі переходу Шотткі має більш високу швидкість відгуку, і швидкість відгуку може навіть досягати рівня ns.
Час публікації: 13 серпня 2024 р