A fotodetektor szerkezet típusa

Típusafotodetektor eszközszerkezet
Fotódetektoregy optikai jelet elektromos jellé alakító eszköz, ‌ szerkezete és változatossága ‌ főként a következő kategóriákra osztható: ‌
(1) Fotokonduktív fotodetektor
Amikor a fényvezető eszközöket fény éri, a fotogenerált hordozó növeli vezetőképességüket és csökkenti ellenállásukat. A szobahőmérsékleten gerjesztett hordozók elektromos tér hatására irányítottan mozognak, így áramot hoznak létre. Fény esetén az elektronok gerjesztődnek, és átmenet történik. Ugyanakkor elektromos tér hatására sodródnak, és fotoáramot képeznek. Az így létrejövő fotogenerált hordozók növelik a készülék vezetőképességét és ezáltal csökkentik az ellenállást. A fotokonduktív fotodetektorok általában nagy nyereséget és nagy érzékenységet mutatnak a teljesítményben, de nem tudnak reagálni a nagyfrekvenciás optikai jelekre, így a válaszsebesség lassú, ami bizonyos szempontból korlátozza a fotovezető eszközök alkalmazását.

(2)PN fotodetektor
A PN fotodetektor a P típusú félvezető anyag és az N típusú félvezető anyag érintkezésével jön létre. Az érintkezés létrejötte előtt a két anyag külön állapotban van. A P-típusú félvezetőben a Fermi-szint közel van a vegyértéksáv széléhez, míg az N-típusú félvezetőben a Fermi-szint a vezetési sáv széléhez. Ugyanakkor az N típusú anyag Fermi-szintje a vezetési sáv szélén folyamatosan lefelé tolódik, amíg a két anyag Fermi-szintje azonos helyzetbe kerül. A vezetési sáv és a vegyértéksáv helyzetének változása a sáv elhajlásával is együtt jár. A PN átmenet egyensúlyban van, és egyenletes Fermi-szinttel rendelkezik. A töltéshordozó analízis szempontjából a P-típusú anyagokban a legtöbb töltéshordozó lyuk, míg az N-típusú anyagokban a legtöbb töltéshordozó elektron. A két anyag érintkezésekor a hordozókoncentráció különbsége miatt az N-típusú anyagok elektronjai a P-típusba diffundálnak, míg az N-típusú anyagok elektronjai a lyukakkal ellentétes irányban. Az elektronok és lyukak diffúziója által visszamaradt kompenzálatlan terület beépített elektromos mezőt képez, a beépített elektromos tér pedig hordozósodródást fog eredményezni, és a sodródás iránya éppen ellentétes a diffúzió irányával, ami azt jelenti, hogy A beépített elektromos tér kialakulása megakadályozza a hordozók diffúzióját, és a PN csomóponton belül diffúzió és sodródás is van, amíg a kétféle mozgás kiegyenlítődik, így a statikus hordozóáramlás nulla lesz. Belső dinamikus egyensúly.
Amikor a PN átmenetet fénysugárzás éri, a foton energiája átkerül a hordozóra, és létrejön a fotogenerált hordozó, vagyis a fotogenerált elektron-lyuk pár. Az elektromos tér hatására az elektron és a lyuk az N, illetve a P tartományba sodródik, a fotogenerált hordozó iránysodródása pedig fotoáramot generál. Ez a PN junction fotodetektor alapelve.

(3)PIN fotodetektor
A tűs fotodióda P-típusú anyag, az I-es réteg között pedig N-típusú anyag, az anyag I-es rétege általában belső vagy alacsony adalékolású anyag. Működési mechanizmusa hasonló a PN átmenethez, amikor a PIN átmenetet fénysugárzás éri, a foton energiát ad át az elektronnak, fotogenerált töltéshordozókat generálva, és a belső elektromos tér vagy a külső elektromos tér elválasztja a fotogenerált elektronlyukat. párok a kimerülési rétegben, és az elsodródott töltéshordozók áramot képeznek a külső áramkörben. Az I. réteg szerepe az, hogy kiterjessze a kimerítő réteg szélességét, és az I. réteg nagy előfeszítő feszültség alatt teljesen a kimerítő réteggé válik, és a keletkezett elektron-lyuk párok gyorsan szétválnak, így a válaszsebesség A PIN átmenet fotodetektor általában gyorsabb, mint a PN átmenet detektor. Az I. rétegen kívüli hordozókat a kimerítő réteg diffúziós mozgással is összegyűjti, 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 detektáláson alapuló üzemi feszültség nagy, és ha nagy fordított előfeszítést adunk hozzá, ütközési ionizáció és lavina sokszorozás lép fel az APD-n belül, és a detektor teljesítménye megnövekedett fotoáram. Amikor az APD fordított előfeszítési módban van, a kimerítő réteg elektromos mezője nagyon erős lesz, és a fény által generált fotogenerált hordozók gyorsan elkülönülnek és gyorsan sodródnak az elektromos tér hatására. Valószínű, hogy a folyamat során elektronok ütköznek a rácsba, ami a rácsban lévő elektronok ionizálását okozza. Ez a folyamat megismétlődik, és a rácsban lévő ionizált ionok is ütköznek a ráccsal, aminek következtében az APD-ben megnő a töltéshordozók száma, ami nagy áramerősséget eredményez. Az APD-n belüli egyedi fizikai mechanizmus az, hogy az APD-alapú detektorok általában a gyors válaszadási sebesség, a nagy áramérték-erősítés és a nagy érzékenység jellemzőivel rendelkeznek. Összehasonlítva a PN átmenettel és a PIN átmenettel, az APD gyorsabb reakciósebességgel rendelkezik, ami a leggyorsabb válaszsebesség a jelenlegi fényérzékeny csövek között.

(5) Schottky-csomópontos fotodetektor
A Schottky-átmenetes fotodetektor alapfelépítése egy Schottky-dióda, melynek elektromos jellemzői hasonlóak a fentebb leírt PN-átmenetéhez, és egyirányú vezetőképességgel rendelkezik pozitív vezetéssel és fordított levágással. Amikor egy nagy munkafunkciójú fém és egy kis munkafunkciójú félvezető érintkezik, Schottky-gát jön létre, és az így létrejövő csomópont egy Schottky-átmenet. A fő mechanizmus némileg hasonló a PN átmenethez, például az N típusú félvezetőket tekintve, amikor két anyag érintkezik egymással, a két anyag eltérő elektronkoncentrációja miatt a félvezetőben lévő elektronok a fém oldalára diffundálnak. A szétszóródott elektronok folyamatosan halmozódnak fel a fém egyik végén, így tönkreteszik a fém eredeti elektromos semlegességét, beépített elektromos mezőt képeznek a félvezetőből a fémbe az érintkezési felületen, és az elektronok a fém hatása alatt sodródnak. belső elektromos mező, és a hordozó diffúziós és sodródó mozgása egyszerre történik, bizonyos idő elteltével, hogy elérje a dinamikus egyensúlyt, és végül létrejöjjön egy Schottky-csomópont. Fényviszonyok között a gátrégió közvetlenül elnyeli a fényt és elektron-lyuk párokat hoz létre, míg a PN csomóponton belüli fotogenerált hordozóknak át kell haladniuk a diffúziós tartományon, hogy elérjék a csatlakozási tartományt. A PN átmenethez képest a Schottky átmenetre épülő fotodetektor gyorsabb válaszsebességgel rendelkezik, és a válaszsebesség akár az ns szintet is elérheti.