Tipo de estructura del dispositivo fotodetector

Tipo dedispositivo fotodetectorestructura
FotodetectorEs un dispositivo que convierte la señal óptica en señal eléctrica, ‌su estructura y variedad, ‌se pueden 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. Bajo la luz, los electrones se excitan y se produce la transición. Al mismo tiempo, se desplazan 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 suelen mostrar alta ganancia y gran capacidad de respuesta, 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 los dispositivos fotoconductores en algunos aspectos.

(2)Fotodetector PN
El fotodetector PN se forma 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 están en un estado separado. El nivel de Fermi en el semiconductor tipo P está cerca del borde de la banda de valencia, mientras que el nivel de Fermi en el semiconductor 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 está en la misma posición. El cambio de posición de la banda de conducción y la banda de valencia también está acompañado por la flexión de la banda. La unión PN está en equilibrio y tiene un nivel de Fermi uniforme. Desde el aspecto del análisis de portadores de carga, la mayoría de los portadores de carga en los materiales tipo P son huecos, mientras que la mayoría de los portadores de carga en los materiales tipo N son electrones. Cuando dos materiales entran en contacto, debido a la diferencia en la concentración de portadores, los electrones de los materiales de tipo N se difunden hacia los de tipo P, mientras que los de los materiales de tipo N se difunden en dirección opuesta a los huecos. El área no compensada resultante de la difusión de electrones y huecos forma un campo eléctrico interno, que tiende a la deriva de los portadores. La dirección de la deriva es exactamente opuesta a la de la difusión. Esto significa que la formación del campo eléctrico interno impide la difusión de los portadores. Se producen tanto difusión como deriva dentro de la unión PN hasta que ambos tipos de movimiento se equilibran, de modo que el flujo estático de portadores es cero. Equilibrio dinámico interno.
Cuando la unión PN se expone a la radiación luminosa, la energía del fotón se transfiere al portador, generando así el portador fotogenerado, es decir, el par electrón-hueco fotogenerado. Bajo la acción del campo eléctrico, el electrón y el hueco se desplazan hacia las regiones N y 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 de tipo P y tipo N entre la capa I. Esta capa generalmente es intrínseca 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. El campo eléctrico interno o externo separa los pares electrón-hueco fotogenerados en la capa de agotamiento, y los portadores de carga arrastrados forman una corriente en el circuito externo. La función de la capa I es expandir el ancho de la capa de agotamiento, convirtiéndose completamente en la capa de agotamiento bajo una alta tensión de polarización. Los pares electrón-hueco generados se separan rápidamente. Por lo tanto, la velocidad de respuesta del fotodetector de unión PIN es generalmente mayor que la del 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 fino y su finalidad es mejorar la velocidad de respuesta del detector.

(4)Fotodetector APDfotodiodo de avalancha
El mecanismo defotodiodo de avalanchaEs similar a la de la unión PN. El fotodetector APD utiliza una unión PN altamente dopada. El voltaje de operación basado en la detección APD es alto, y cuando se agrega una polarización inversa grande, se producirá ionización por colisión y multiplicación por avalancha dentro del APD, y el rendimiento del detector aumenta la fotocorriente. Cuando el APD está en 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 y derivarán rápidamente bajo la acción del campo eléctrico. Existe la probabilidad de que los electrones choquen contra la red durante este proceso, causando que los electrones en la red se ionicen. Este proceso se repite, y los iones ionizados en la red también colisionan con la red, causando que el número de portadores de carga en el APD aumente, resultando en una gran corriente. Es este mecanismo físico único dentro del APD que los detectores basados ​​en APD generalmente se caracterizan por una velocidad de respuesta rápida, una gran ganancia de valor de corriente y una alta sensibilidad. En comparación con la unión PN y la unión PIN, el 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 presenta 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 entran en contacto, se forma una barrera Schottky, y la unión resultante es una unión Schottky. El mecanismo principal es similar al de la unión PN; tomando como ejemplo los semiconductores de tipo N, cuando dos materiales entran en contacto, debido a sus diferentes concentraciones electrónicas, los electrones del semiconductor se difunden hacia el lado metálico. Los electrones difundidos se acumulan continuamente en un extremo del metal, destruyendo así su neutralidad eléctrica original y formando un campo eléctrico interno entre el semiconductor y el metal en la superficie de contacto. Los electrones se desplazan bajo la acción de este campo eléctrico interno. La difusión y el desplazamiento del portador se realizan simultáneamente, alcanzando después un equilibrio dinámico y formando finalmente una unión Schottky. En condiciones de luz, la región barrera absorbe directamente la luz y genera pares electrón-hueco, mientras que los portadores fotogenerados dentro de la unión PN deben atravesar la región de difusión para llegar a la región de unión. En comparación con la unión PN, el fotodetector basado en la unión Schottky presenta una velocidad de respuesta más rápida, que puede incluso alcanzar ns.