Jenisperanti pengesan fotostruktur
Pengesan fotoialah peranti yang menukar isyarat optik kepada isyarat elektrik, struktur dan kepelbagaiannya, boleh dibahagikan terutamanya kepada kategori berikut:
(1) Pengesan foto konduktif
Apabila peranti fotokonduktif terdedah kepada cahaya, pembawa yang dijana foto meningkatkan kekonduksian mereka dan mengurangkan rintangannya. Pembawa yang teruja pada suhu bilik bergerak mengikut arah di bawah tindakan medan elektrik, dengan itu menghasilkan arus. Di bawah keadaan cahaya, elektron teruja dan peralihan berlaku. Pada masa yang sama, mereka hanyut di bawah tindakan medan elektrik untuk membentuk arus foto. Pembawa janaan foto yang terhasil meningkatkan kekonduksian peranti dan dengan itu mengurangkan rintangan. Photodetector fotokonduktif biasanya menunjukkan keuntungan yang tinggi dan responsif yang besar dalam prestasi, tetapi mereka tidak boleh bertindak balas kepada isyarat optik frekuensi tinggi, jadi kelajuan tindak balas adalah perlahan, yang mengehadkan penggunaan peranti fotokonduktif dalam beberapa aspek.
(2)Pengesan foto PN
Pengesan foto PN dibentuk oleh sentuhan antara bahan semikonduktor jenis-P dan bahan semikonduktor jenis-N. Sebelum sesentuh terbentuk, kedua-dua bahan berada dalam keadaan berasingan. Aras Fermi dalam semikonduktor jenis-P adalah berhampiran dengan tepi jalur valens, manakala aras Fermi dalam semikonduktor jenis-N adalah berhampiran dengan tepi jalur pengaliran. Pada masa yang sama, aras Fermi bagi bahan jenis-N di pinggir jalur pengaliran secara berterusan dianjak ke bawah sehingga aras Fermi kedua-dua bahan berada dalam kedudukan yang sama. Perubahan kedudukan jalur konduksi dan jalur valensi juga disertai dengan lenturan jalur. Persimpangan PN berada dalam keseimbangan dan mempunyai aras Fermi yang seragam. Dari aspek analisis pembawa cas, kebanyakan pembawa cas dalam bahan jenis P adalah lubang, manakala kebanyakan pembawa cas dalam bahan jenis N adalah elektron. Apabila kedua-dua bahan bersentuhan, disebabkan oleh perbezaan kepekatan pembawa, elektron dalam bahan jenis N akan meresap ke jenis P, manakala elektron dalam bahan jenis N akan meresap ke arah yang bertentangan dengan lubang. Kawasan yang tidak diberi pampasan yang ditinggalkan oleh resapan elektron dan lubang akan membentuk medan elektrik terbina dalam, dan medan elektrik terbina dalam akan menghanyutkan pembawa, dan arah hanyutan adalah bertentangan dengan arah resapan, yang bermaksud bahawa pembentukan medan elektrik terbina dalam menghalang resapan pembawa, dan terdapat kedua-dua resapan dan hanyut di dalam persimpangan PN sehingga kedua-dua jenis gerakan seimbang, supaya statik aliran pembawa adalah sifar. Imbangan dinamik dalaman.
Apabila persimpangan PN terdedah kepada sinaran cahaya, tenaga foton dipindahkan ke pembawa, dan pembawa yang dijana foto, iaitu pasangan lubang elektron yang dijana foto, dijana. Di bawah tindakan medan elektrik, elektron dan lubang hanyut masing-masing ke rantau N dan rantau P, dan hanyutan arah pembawa yang dijana foto menghasilkan arus foto. Ini adalah prinsip asas pengesan foto simpang PN.
(3)Pengesan foto PIN
Fotodiod pin ialah bahan jenis P dan bahan jenis N di antara lapisan I, lapisan I bahan biasanya merupakan bahan intrinsik atau rendah doping. Mekanisme kerjanya adalah serupa dengan persimpangan PN, apabila persimpangan PIN terdedah kepada sinaran cahaya, foton memindahkan tenaga kepada elektron, menjana pembawa cas fotogenerasi, dan medan elektrik dalaman atau medan elektrik luaran akan memisahkan lubang elektron terjanaan foto. berpasangan dalam lapisan penyusutan, dan pembawa cas yang hanyut akan membentuk arus dalam litar luaran. Peranan yang dimainkan oleh lapisan I adalah untuk mengembangkan lebar lapisan penyusutan, dan lapisan I sepenuhnya akan menjadi lapisan penyusutan di bawah voltan pincang yang besar, dan pasangan lubang elektron yang dihasilkan akan dipisahkan dengan cepat, jadi kelajuan tindak balas Pengesan foto simpang PIN biasanya lebih pantas daripada pengesan simpang PN. Pembawa di luar lapisan I juga dikumpulkan oleh lapisan penyusutan melalui gerakan resapan, membentuk arus resapan. Ketebalan lapisan I biasanya sangat nipis, dan tujuannya adalah untuk meningkatkan kelajuan tindak balas pengesan.
(4)Pengesan foto APDfotodiod runtuhan salji
Mekanisme bagifotodiod runtuhan saljiadalah serupa dengan simpang PN. Pengesan foto APD menggunakan persimpangan PN terdop banyak, voltan operasi berdasarkan pengesanan APD adalah besar, dan apabila pincang songsang yang besar ditambah, pengionan perlanggaran dan pendaraban salji akan berlaku di dalam APD, dan prestasi pengesan meningkat arus foto. Apabila APD berada dalam mod pincang songsang, medan elektrik dalam lapisan penyusutan akan menjadi sangat kuat, dan pembawa yang dijana foto yang dihasilkan oleh cahaya akan cepat diasingkan dan cepat hanyut di bawah tindakan medan elektrik. Terdapat kebarangkalian bahawa elektron akan terlanggar kekisi semasa proses ini, menyebabkan elektron dalam kekisi terion. Proses ini diulang, dan ion terion dalam kekisi juga berlanggar dengan kekisi, menyebabkan bilangan pembawa cas dalam APD meningkat, mengakibatkan arus yang besar. Mekanisme fizikal unik di dalam APD inilah yang pada umumnya pengesan berasaskan APD mempunyai ciri-ciri kelajuan tindak balas yang pantas, perolehan nilai arus yang besar dan kepekaan yang tinggi. Berbanding dengan persimpangan PN dan persimpangan PIN, APD mempunyai kelajuan tindak balas yang lebih pantas, iaitu kelajuan tindak balas terpantas antara tiub fotosensitif semasa.
(5) Pengesan foto simpang Schottky
Struktur asas pengesan foto simpang Schottky ialah diod Schottky, yang ciri elektriknya serupa dengan simpang PN yang diterangkan di atas, dan ia mempunyai kekonduksian satu arah dengan pengaliran positif dan pemotongan terbalik. Apabila logam dengan fungsi kerja tinggi dan semikonduktor dengan fungsi kerja rendah membentuk sesentuh, halangan Schottky terbentuk, dan simpang yang terhasil ialah simpang Schottky. Mekanisme utama adalah agak serupa dengan persimpangan PN, mengambil semikonduktor jenis N sebagai contoh, apabila dua bahan membentuk sentuhan, disebabkan oleh kepekatan elektron yang berbeza bagi kedua-dua bahan, elektron dalam semikonduktor akan meresap ke bahagian logam. Elektron yang tersebar terkumpul secara berterusan pada satu hujung logam, dengan itu memusnahkan neutraliti elektrik asal logam, membentuk medan elektrik terbina dalam daripada semikonduktor ke logam pada permukaan sentuhan, dan elektron akan hanyut di bawah tindakan medan elektrik dalaman, dan resapan pembawa dan gerakan hanyut akan dijalankan secara serentak, selepas tempoh masa untuk mencapai keseimbangan dinamik, dan akhirnya membentuk persimpangan Schottky. Di bawah keadaan cahaya, kawasan penghalang secara langsung menyerap cahaya dan menjana pasangan lubang elektron, manakala pembawa yang dijana foto di dalam persimpangan PN perlu melalui kawasan resapan untuk mencapai kawasan persimpangan. Berbanding dengan persimpangan PN, pengesan foto berdasarkan persimpangan Schottky mempunyai kelajuan tindak balas yang lebih pantas, dan kelajuan tindak balas juga boleh mencapai tahap ns.
Masa siaran: 13 Ogos 2024