Tipo dedispositivo fotodetectorestructura
Fotodetectores un dispositivo que convierte la señal óptica en señal eléctrica, su estructura y variedad, se puede dividir principalmente en las siguientes categorías:
(1) Fotodetector fotoconductivo
Cuando los dispositivos fotoconductores están expuestos a la luz, el portador fotogenerado aumenta su conductividad y disminuye su resistencia. Los transportistas excitados a temperatura ambiente se mueven de manera direccional bajo la acción de un campo eléctrico, generando así una corriente. Bajo la condición de la luz, los electrones se excitan y se produce la transición. Al mismo tiempo, se derivan bajo la acción de un campo eléctrico para formar una fotocorriente. Los portadores fotogenerados resultantes aumentan la conductividad del dispositivo y, por lo tanto, reducen la resistencia. Los fotodetectores fotoconductores generalmente muestran una gran ganancia y una gran capacidad de respuesta en el rendimiento, pero no pueden responder a las señales ópticas de alta frecuencia, por lo que la velocidad de respuesta es lenta, lo que limita la aplicación de dispositivos fotoconductores en algunos aspectos.
(2)Fotodetector de PN
El fotodetector PN está formado por el contacto entre el material semiconductor de tipo P y el material semiconductor de tipo N. Antes de que se forme el contacto, los dos materiales están en un estado separado. El nivel de Fermi en el semiconductor de tipo P está cerca del borde de la banda de valencia, mientras que el nivel de Fermi en el semiconductor de tipo N está cerca del borde de la banda de conducción. Al mismo tiempo, el nivel de Fermi del material de tipo N en el borde de la banda de conducción se desplaza continuamente hacia abajo hasta que el nivel de Fermi de los dos materiales está en la misma posición. El cambio de la posición de la banda de conducción y la banda de valencia también se acompaña de la flexión de la banda. La unión PN está en equilibrio y tiene un nivel uniforme de Fermi. Desde el aspecto del análisis de los portadores de carga, la mayoría de los portadores de carga en materiales de tipo P son agujeros, mientras que la mayoría de los portadores de carga en materiales de tipo N son electrones. Cuando los dos materiales están en contacto, debido a la diferencia en la concentración de portadores, los electrones en los materiales de tipo N se difundirán a tipo P, mientras que los electrones en los materiales de tipo N se difundirán en la dirección opuesta a los agujeros. El área no compensada dejada por la difusión de electrones y agujeros formará un campo eléctrico incorporado, y el campo eléctrico incorporado tendencia a la deriva del portador, y la dirección de la deriva es justo opuesta a la dirección de la difusión, lo que significa que la formación del campo eléctrico incorporado evita la difusión de los portadores, y allí está la diferencia y la difusión dentro de la junta de las dos tipos hasta que se balancean las cosas de los dos. Balance dinámico interno.
Cuando la unión PN está expuesta a la radiación de la luz, la energía del fotón se transfiere al portador, y se genera el portador fotogenerado, es decir, el par de electrones fotogenerados. Bajo la acción del campo eléctrico, el electrones y el orificio a la deriva a la región N y la región P respectivamente, y la deriva direccional del portador fotogenerado genera fotocorriente. Este es el principio básico del fotodetector PN Junction.
(3)Fotodetector de pines
El fotodiodo PIN es un material de tipo P y material de tipo N entre la capa I, la capa I del material es generalmente un material intrínseco o bajo dopaje. Su mecanismo de trabajo es similar a la unión PN, cuando la unión PIN está expuesta a la radiación de la luz, el fotón transfiere energía al electrón, generando portadores de carga fotogenerados, y el campo eléctrico interno o el campo eléctrico externo separará los pares de agujeros de electrones fotogenerados en la capa de agotamiento, y los portadores de carga deriva formarán una corriente en el circuito externo. El papel desempeñado por la capa I es expandir el ancho de la capa de agotamiento, y la capa que me convertirá por completo en la capa de agotamiento bajo un voltaje de polarización grande, y los pares de agujero de electrones generados se separarán rápidamente, por lo que la velocidad de respuesta del fotodetector de la unión del pin es generalmente más lejos que el del detector de unión PN. Los portadores fuera de la capa I también son recolectados por la capa de agotamiento a través del movimiento de difusión, formando una corriente de difusión. El grosor de la capa I es generalmente muy delgada, y su propósito es mejorar la velocidad de respuesta del detector.
(4)Fotodetector APDfotodiodo de avalancha
El mecanismo defotodiodo de avalanchaes similar al de PN Junction. El fotodetector APD utiliza una unión PN muy dopada, el voltaje de funcionamiento basado en la detección de APD es grande, y cuando se agrega un gran sesgo inverso, la ionización de colisión y la multiplicación de avalancha se producirán dentro de APD, y el rendimiento del detector aumenta la fotocorriente. Cuando APD está en el modo de polarización inversa, el campo eléctrico en la capa de agotamiento será muy fuerte, y los portadores fotogenerados generados por la luz se separarán rápidamente y se desplazarán rápidamente bajo la acción del campo eléctrico. Existe la probabilidad de que los electrones se topen con la red durante este proceso, lo que hace que los electrones en la red se ionizen. Este proceso se repite y los iones ionizados en la red también chocan con la red, lo que hace que aumente el número de portadores de carga en el APD, lo que resulta en una corriente grande. Es este mecanismo físico único dentro de APD que los detectores basados en APD generalmente tienen las características de la velocidad de respuesta rápida, la gran ganancia de valor de corriente y la alta sensibilidad. En comparación con la unión PN y la unión PIN, APD tiene una velocidad de respuesta más rápida, que es la velocidad de respuesta más rápida entre los tubos fotosensibles actuales.
(5) Fotodetector de Schottky Junction
La estructura básica del fotodetector de la unión Schottky es un diodo Schottky, cuyas características eléctricas son similares a las de la unión PN descrita anteriormente, y tiene una conductividad unidireccional con conducción positiva y corte inverso. Cuando un metal con una función de trabajo alta y un semiconductor con un contacto de forma de función de trabajo bajo, se forma una barrera Schottky, y la unión resultante es una unión Schottky. El mecanismo principal es algo similar a la unión PN, tomando semiconductores de tipo N como ejemplo, cuando dos materiales forman contacto, debido a las diferentes concentraciones de electrones de los dos materiales, los electrones en el semiconductor se difundirán al lado metálico. Los electrones difundidos se acumulan continuamente en un extremo del metal, destruyendo así la neutralidad eléctrica original del metal, formando un campo eléctrico incorporado desde el semiconductor hasta el metal en la superficie de contacto, y los electrones se desviarán bajo la acción del campo eléctrico interno, y la diferencia de la deriva del transportista y el movimiento de deriva se llevarán a cabo simultáneamente, después de un período de tiempo para alcanzar una dinámica de la dinámica. En condiciones de luz, la región de barrera absorbe directamente la luz y genera pares de agujeros de electrones, mientras que los portadores fotogenerados dentro de la unión PN deben pasar a través de la región de difusión para llegar a la región de unión. En comparación con la unión PN, el fotodetector basado en la unión Schottky tiene una velocidad de respuesta más rápida, y la velocidad de respuesta puede incluso alcanzar el nivel de NS.
Tiempo de publicación: agosto-13-2024