tipo dedispositivo fotodetectorestructura
Fotodetectores un dispositivo que convierte una señal óptica en señal eléctrica, su estructura y variedad, se puede dividir principalmente en las siguientes categorías:
(1) Fotodetector fotoconductor
Cuando los dispositivos fotoconductores se exponen a la luz, el portador fotogenerado aumenta su conductividad y disminuye su resistencia. Los portadores excitados a temperatura ambiente se mueven direccionalmente bajo la acción de un campo eléctrico, generando así una corriente. En condiciones de luz, los electrones se excitan y se produce una transición. Al mismo tiempo, bajo la acción de un campo eléctrico, se desplazan para formar una fotocorriente. Los soportes fotogenerados resultantes aumentan la conductividad del dispositivo y, por tanto, reducen la resistencia. Los fotodetectores fotoconductores suelen mostrar una alta ganancia y una gran capacidad de respuesta en su rendimiento, pero no pueden responder a 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 PN
El fotodetector PN está formado por el contacto entre el material semiconductor tipo P y el material semiconductor tipo N. Antes de que se forme el contacto, los dos materiales se encuentran en un estado separado. El nivel de Fermi en los semiconductores tipo P está cerca del borde de la banda de valencia, mientras que el nivel de Fermi en los semiconductores tipo N está cerca del borde de la banda de conducción. Al mismo tiempo, el nivel de Fermi del material 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 esté en la misma posición. El cambio de posición de la banda de conducción y de la banda de valencia también va acompañado de la flexión de la banda. La unión PN está en equilibrio y tiene un nivel de Fermi uniforme. Desde el punto de vista del análisis de portadores de carga, la mayoría de los portadores de carga en materiales tipo P son huecos, mientras que la mayoría de los portadores de carga en materiales tipo N son electrones. Cuando los dos materiales están en contacto, debido a la diferencia en la concentración de portadores, los electrones de los materiales tipo N se difundirán al tipo P, mientras que los electrones de los materiales tipo N se difundirán en la dirección opuesta a los huecos. El área no compensada dejada por la difusión de electrones y huecos formará un campo eléctrico incorporado, y el campo eléctrico incorporado tendrá una tendencia a la deriva del portador, y la dirección de la deriva es justo opuesta a la dirección de difusión, lo que significa que el La formación del campo eléctrico incorporado evita la difusión de los portadores, y hay tanto difusión como deriva dentro de la unión PN hasta que los dos tipos de movimiento se equilibran, de modo que el flujo de portadores estáticos es cero. Equilibrio dinámico interno.
Cuando la unión PN se expone a radiación luminosa, la energía del fotón se transfiere al portador y se genera el portador fotogenerado, es decir, el par electrón-hueco fotogenerado. Bajo la acción del campo eléctrico, el electrón y el hueco se desplazan hacia la región N y la región P respectivamente, y la deriva direccional del portador fotogenerado genera fotocorriente. Este es el principio básico del fotodetector de unión PN.
(3)Fotodetector PIN
El fotodiodo Pin es un material tipo P y un material tipo N entre la capa I, la capa I del material es generalmente un material intrínseco o de bajo dopaje. Su mecanismo de funcionamiento es similar al de la unión PN, cuando la unión PIN se expone a la radiación luminosa, el fotón transfiere energía al electrón, generando portadores de carga fotogenerados, y el campo eléctrico interno o el campo eléctrico externo separarán el hueco del electrón fotogenerado. pares en la capa de agotamiento, y los portadores de carga a la 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 I se convertirá completamente en la capa de agotamiento bajo un voltaje de polarización grande, y los pares electrón-hueco generados se separarán rápidamente, por lo que la velocidad de respuesta del El fotodetector de unión PIN es generalmente más rápido que el detector de unión PN. Los portadores fuera de la capa I también son recogidos por la capa de agotamiento mediante movimiento de difusión, formando una corriente de difusión. El espesor de la capa I es generalmente muy delgado y su propósito es mejorar la velocidad de respuesta del detector.
(4)fotodetector APDfotodiodo de avalancha
El mecanismo defotodiodo de avalanchaes similar al de la unión PN. El fotodetector APD utiliza una unión PN fuertemente dopada, el voltaje de operación basado en la detección de APD es grande y cuando se agrega una gran polarización inversa, se producirá ionización por colisión y multiplicación de avalanchas dentro del APD, y el rendimiento del detector aumenta con 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 choquen con la red durante este proceso, provocando que los electrones de la red se ionicen. Este proceso se repite y los iones ionizados en la red también chocan con la red, lo que hace que aumente la cantidad de portadores de carga en el APD, lo que genera una gran corriente. Es este mecanismo físico único dentro de APD el que los detectores basados en APD generalmente tienen las características de velocidad de respuesta rápida, gran ganancia de valor de corriente y 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 unión Schottky
La estructura básica del fotodetector de unión Schottky es un diodo Schottky, cuyas características eléctricas son similares a las de la unión PN descrita anteriormente, y tiene conductividad unidireccional con conducción positiva y corte inverso. Cuando un metal con una función de trabajo alta y un semiconductor con una función de trabajo baja forman contacto, se forma una barrera Schottky y la unión resultante es una unión Schottky. El mecanismo principal es algo similar a la unión PN, tomando como ejemplo los semiconductores tipo N, cuando dos materiales forman contacto, debido a las diferentes concentraciones de electrones de los dos materiales, los electrones en el semiconductor se difundirán hacia el 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 al metal en la superficie de contacto, y los electrones se desplazarán bajo la acción del metal. El campo eléctrico interno y el movimiento de difusión y deriva del portador se llevarán a cabo simultáneamente, después de un período de tiempo para alcanzar el equilibrio dinámico y finalmente formar una unión Schottky. En condiciones de luz, la región de la barrera absorbe luz directamente y genera pares de huecos de electrones, mientras que los portadores fotogenerados dentro de la unión PN necesitan pasar a través de la región de difusión para llegar a la región de la 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 ns.
Hora de publicación: 13 de agosto de 2024