Típusfotodetektor eszközszerkezet
Fotodetektoregy olyan eszköz, amely optikai jelet alakít át elektromos jellé, szerkezetét és változatosságát tekintve főként a következő kategóriákba sorolható:
(1) Fotovezető fotodetektor
Amikor a fotovezető eszközöket fény éri, a fotogenerált töltéshordozó növeli a vezetőképességüket és csökkenti az ellenállásukat. A szobahőmérsékleten gerjesztett töltéshordozók elektromos tér hatására irányítottan mozognak, így áramot generálnak. Fény hatására az elektronok gerjesztődnek és átmenet történik. Ugyanakkor elektromos tér hatására sodródnak, fotoáramot hozva létre. A keletkező fotogenerált töltéshordozók növelik az eszköz vezetőképességét, és ezáltal csökkentik az ellenállást. A fotovezető fotodetektorok általában nagy erősítést és kiváló válaszidőt mutatnak, de nem tudnak reagálni a nagyfrekvenciás optikai jelekre, így a válaszidő lassú, ami bizonyos szempontból korlátozza a fotovezető eszközök alkalmazását.
(2)PN fotodetektor
A PN fotodetektor P-típusú félvezető anyag és N-típusú félvezető anyag érintkezésével jön létre. Az érintkezés kialakulása előtt a két anyag különálló állapotban van. A P-típusú félvezető Fermi-szintje a vegyértéksáv széléhez közel van, míg az N-típusú félvezető Fermi-szintje a vezetési sáv széléhez közel. Ugyanakkor az N-típusú anyag Fermi-szintje a vezetési sáv szélén folyamatosan lefelé tolódik, amíg a két anyag Fermi-szintje ugyanabba a pozícióba nem kerül. A vezetési sáv és a vegyértéksáv helyzetének változását a sáv görbülése is kíséri. A PN-átmenet egyensúlyban van, és egyenletes Fermi-szinttel rendelkezik. A töltéshordozó-analízis szempontjából a P-típusú anyagokban a töltéshordozók többsége lyuk, míg az N-típusú anyagokban az elektronok. Amikor a két anyag érintkezik, a töltéshordozó-koncentráció különbsége miatt az N-típusú anyagok elektronjai a P-típusú anyagok felé diffundálnak, míg az N-típusú anyagok elektronjai az ellenkező irányba diffundálnak a lyukak felé. Az elektronok és lyukak diffúziója által hátrahagyott kompenzálatlan terület beépített elektromos mezőt hoz létre, és a beépített elektromos mező töltéshordozó-sodródást okoz, a sodródás iránya pedig éppen ellentétes a diffúzió irányával, ami azt jelenti, hogy a beépített elektromos mező kialakulása megakadályozza a töltéshordozók diffúzióját, és a PN-átmenet belsejében mind diffúzió, mind sodródás történik, amíg a kétféle mozgás kiegyensúlyozódik, így a statikus töltéshordozó-áramlás nulla. Belső dinamikus egyensúly.
Amikor a PN-átmenetet fénysugárzás éri, a foton energiája átkerül a töltéshordozóra, és létrejön a fotogenerált töltéshordozó, azaz a fotogenerált elektron-lyuk pár. Az elektromos tér hatására az elektron és a lyuk az N, illetve a P tartományba sodródik, és a fotogenerált töltéshordozó irányított eltolódása fotoáramot generál. Ez a PN-átmenetes fotodetektor alapelve.
(3)PIN-kódos fotodetektor
A tűs fotodióda egy P-típusú és egy N-típusú anyag az I réteg között. Az anyag I rétege általában belső vagy alacsony adalékolású anyag. Működési mechanizmusa hasonló a PN átmenethez. Amikor a tűs átmenetet fénysugárzás éri, a foton energiát ad át az elektronnak, fotogenerált töltéshordozókat generálva, és a belső vagy külső elektromos mező elválasztja a fotogenerált elektron-lyuk párokat a kiürülési rétegben, és az elsodródott töltéshordozók áramot képeznek a külső áramkörben. Az I réteg szerepe a kiürülési réteg szélességének kiterjesztése, és az I réteg nagy előfeszültség alatt teljesen kiürülési réteggé válik, és a keletkezett elektron-lyuk párok gyorsan elválnak, így a tűs átmenetű fotodetektor válaszsebessége általában gyorsabb, mint a PN átmenetű detektoré. Az I rétegen kívüli töltéshordozókat is a kiürülési réteg gyűjti össze diffúziós mozgás révén, diffúziós áramot képezve. Az I réteg vastagsága általában nagyon vékony, és célja a detektor válaszsebességének javítása.
(4)APD fotodetektorlavina fotodióda
A mechanizmuslavina fotodiódahasonló a PN-átmenethez. Az APD fotodetektor erősen adalékolt PN-átmenetet használ, az APD detektálásán alapuló üzemi feszültség nagy, és amikor nagy fordított előfeszítést adnak hozzá, ütközéses ionizáció és lavina-sokszorozás történik az APD-n belül, és a detektor teljesítménye megnő a fotoáram miatt. Amikor az APD fordított előfeszítési módban van, a kiürülési rétegben lévő elektromos mező nagyon erős lesz, és a fény által generált fotogenerált töltéshordozók gyorsan elválnak, és gyorsan sodródnak az elektromos mező hatására. Valószínű, hogy az elektronok a folyamat során a rácsnak ütköznek, ami a rácsban lévő elektronok ionizációját okozza. Ez a folyamat ismétlődik, és a rácsban lévő ionizált ionok is ütköznek a ráccsal, ami az APD-ben lévő töltéshordozók számának növekedését okozza, ami nagy áramot eredményez. Ez az egyedülálló fizikai mechanizmus az APD-n belül, ami az APD-n alapuló detektorok jellemzőit általában a gyors válaszidő, a nagy áramerősség-növekedés és a nagy érzékenység jellemzi. A PN-átmenethez és a PIN-átmenethez képest az APD gyorsabb válaszidőt mutat, ami a leggyorsabb válaszidő a jelenlegi fényérzékeny csövek között.
(5) Schottky-átmenetes fotodetektor
A Schottky-átmenetes fotodetektor alapvető szerkezete egy Schottky-dióda, amelynek elektromos jellemzői hasonlóak a fent leírt PN-átmenetéhez, egyirányú vezetőképességgel, pozitív vezetéssel és fordított leválasztással rendelkezik. Amikor egy nagy kilépési munkával rendelkező fém és egy alacsony kilépési munkával rendelkező félvezető érintkezik, Schottky-gát alakul ki, és az így létrejövő átmenet Schottky-átmenet. A fő mechanizmus némileg hasonló a PN-átmenethez, példaként véve az N-típusú félvezetőket, amikor két anyag érintkezik, a két anyag eltérő elektronkoncentrációja miatt a félvezető elektronjai a fém oldalára diffundálnak. A diffundált elektronok folyamatosan felhalmozódnak a fém egyik végén, így megbontják a fém eredeti elektromos semlegességét, és beépített elektromos mezőt hoznak létre a félvezető és a fém között az érintkező felületen, és az elektronok a belső elektromos mező hatására sodródni kezdenek, és a töltéshordozók diffúziós és sodródási mozgása egyidejűleg megy végbe, egy bizonyos idő elteltével a dinamikus egyensúly eléréséhez, és végül Schottky-átmenetet képeznek. Fényviszonyok között a gátrégió közvetlenül elnyeli a fényt és elektron-lyuk párokat generál, míg a PN-átmeneten belüli fotogenerált töltéshordozóknak át kell haladniuk a diffúziós tartományon, hogy elérjék az átmenetet. A PN-átmenethez képest a Schottky-átmeneten alapuló fotodetektor gyorsabb válaszsebességgel rendelkezik, és a válaszsebesség elérheti akár az ns-os szintet is.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 13.