Jenis struktur peranti photodetector

Jenisperanti photodetectorstruktur
Photodetectoradalah peranti yang menukarkan isyarat optik ke dalam isyarat elektrik, ‌ struktur dan kepelbagaiannya, ‌ boleh dibahagikan kepada kategori berikut: ‌
(1) Photodetector photoconductive
Apabila peranti fotokonduktif terdedah kepada cahaya, pembawa fotogenerasi meningkatkan kekonduksian mereka dan mengurangkan rintangan mereka. Pembawa teruja pada suhu bilik bergerak dengan cara yang berarah 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 fotokopulasi. Pembawa fotogenerasi yang dihasilkan meningkatkan kekonduksian peranti dan dengan itu mengurangkan rintangan. Photodetector photoconductive biasanya menunjukkan keuntungan yang tinggi dan respons yang hebat dalam prestasi, tetapi mereka tidak dapat bertindak balas terhadap isyarat optik frekuensi tinggi, jadi kelajuan tindak balas adalah perlahan, yang mengehadkan penggunaan peranti photoconductive dalam beberapa aspek.

(2)PN Photodetector
Photodetector PN dibentuk oleh hubungan antara bahan semikonduktor p-jenis dan bahan semikonduktor N-jenis. Sebelum kenalan dibentuk, kedua -dua bahan berada dalam keadaan yang berasingan. Tahap Fermi dalam semikonduktor p-jenis adalah dekat dengan tepi valensi, sementara tahap Fermi dalam semikonduktor N-jenis adalah dekat dengan pinggir jalur konduksi. Pada masa yang sama, tahap Fermi bahan N-jenis di pinggir jalur pengaliran terus beralih ke bawah sehingga tahap Fermi kedua-dua bahan berada dalam kedudukan yang sama. Perubahan kedudukan band konduksi dan valensi juga disertai dengan lenturan band. Persimpangan PN berada dalam keseimbangan dan mempunyai tahap Fermi seragam. Dari aspek analisis pembawa caj, kebanyakan pembawa caj dalam bahan p-jenis adalah lubang, manakala kebanyakan pembawa caj dalam bahan N-jenis adalah elektron. Apabila kedua-dua bahan bersentuhan, disebabkan perbezaan kepekatan pembawa, elektron dalam bahan N-jenis akan meresap ke p-jenis, manakala elektron dalam bahan N-jenis akan meresap ke arah yang bertentangan ke lubang. Kawasan yang tidak dikompensasi yang ditinggalkan oleh penyebaran elektron dan lubang akan membentuk medan elektrik terbina dalam, dan medan elektrik terbina dalam akan mengalir hanyut, dan arah hanyut hanya bertentangan dengan arah penyebaran, yang bermaksud pembentukan medan elektrik terbina dalam penyebaran pembawa, dan terdapat penyebaran yang sama. Keseimbangan dinamik dalaman.
Apabila persimpangan PN terdedah kepada radiasi cahaya, tenaga foton dipindahkan ke pembawa, dan pembawa fotogenerasi, iaitu, pasangan lubang elektron fotogenerasi dihasilkan. Di bawah tindakan medan elektrik, elektron dan lubang hanyut ke rantau N dan rantau P masing -masing, dan hanyutan arah pembawa fotogenerasi menghasilkan fotokat. Ini adalah prinsip asas photodetector PN Junction.

(3)Pin photodetector
Photodiode pin adalah bahan p-jenis dan bahan N-jenis di antara lapisan I, lapisan I bahan biasanya merupakan bahan intrinsik atau rendah. Mekanisme kerjanya sama dengan persimpangan PN, apabila persimpangan pin terdedah kepada radiasi cahaya, foton memindahkan tenaga ke elektron, menghasilkan pembawa caj fotogenerasi, dan medan elektrik dalaman atau medan elektrik luaran akan memisahkan pasangan lubang elektron fotogenerasi dalam lapisan pengurangan, dan pembawa caj yang hanyut akan membentuk pembawaan luaran akan membentuk semasa pembawaan luaran. Peranan yang dimainkan oleh Layer I adalah untuk mengembangkan lebar lapisan pengurangan, dan lapisan saya akan menjadi lapisan penipisan di bawah voltan bias yang besar, dan pasangan elektron lubang yang dihasilkan akan dipisahkan dengan cepat, jadi kelajuan tindak balas photodetector pin pin umumnya lebih cepat daripada pengesan persimpangan PN. Pembawa di luar lapisan I juga dikumpulkan oleh lapisan kekurangan melalui gerakan penyebaran, membentuk arus penyebaran. Ketebalan lapisan I pada umumnya sangat nipis, dan tujuannya adalah untuk meningkatkan kelajuan tindak balas pengesan.

(4)APD PhotodetectorAvalanche Photodiode
MekanismeAvalanche Photodiodesama dengan persimpangan PN. Photodetector APD menggunakan persimpangan PN yang sangat doped, voltan operasi berdasarkan pengesanan APD adalah besar, dan apabila bias terbalik yang besar ditambah, pengionan perlanggaran dan pendaraban longsor akan berlaku di dalam APD, dan prestasi pengesan meningkat fotokat. Apabila APD berada dalam mod bias terbalik, medan elektrik dalam lapisan kekurangan akan menjadi sangat kuat, dan pembawa fotogenerasi yang dihasilkan oleh cahaya akan dipisahkan dengan cepat dan cepat hanyut di bawah tindakan medan elektrik. Terdapat kebarangkalian bahawa elektron akan bertemu dengan kekisi semasa proses ini, menyebabkan elektron dalam kekisi diionisasi. Proses ini diulang, dan ion terionisasi dalam kisi juga bertembung dengan kisi, menyebabkan bilangan pembawa caj dalam APD meningkat, mengakibatkan arus yang besar. Ia adalah mekanisme fizikal yang unik di dalam APD bahawa pengesan berasaskan APD umumnya mempunyai ciri-ciri kelajuan tindak balas cepat, keuntungan nilai semasa yang besar dan kepekaan yang tinggi. Berbanding dengan persimpangan PN dan persimpangan pin, APD mempunyai kelajuan tindak balas yang lebih cepat, yang merupakan kelajuan tindak balas terpantas di antara tiub fotosensitif semasa.

(5) photodetector persimpangan Schottky
Struktur asas photodetector Schottky Junction adalah diod Schottky, yang ciri-ciri elektriknya sama dengan persimpangan PN yang diterangkan di atas, dan ia mempunyai kekonduksian unidirectional dengan pengaliran positif dan pemotongan terbalik. Apabila logam dengan fungsi kerja yang tinggi dan semikonduktor dengan sentuhan bentuk fungsi kerja yang rendah, halangan Schottky terbentuk, dan persimpangan yang dihasilkan adalah persimpangan Schottky. Mekanisme utama agak serupa dengan persimpangan PN, dengan mengambil semikonduktor N-jenis sebagai contoh, apabila dua bahan membentuk hubungan, disebabkan oleh kepekatan elektron yang berlainan dari kedua-dua bahan, elektron dalam semikonduktor akan meresap ke sisi logam. Elektron yang tersebar berkumpul secara berterusan pada satu hujung logam, dengan itu memusnahkan netraliti elektrik yang asli dari logam, membentuk medan elektrik terbina dalam dari semikonduktor ke logam pada permukaan sentuhan, dan elektron akan hanyut di bawah tindakan medan elektrik dalaman, dan penyebaran pembawa dan drift akan dibentuk secara serentak. Di bawah keadaan cahaya, rantau penghalang terus menyerap cahaya dan menghasilkan pasangan lubang elektron, sementara pembawa fotogenerasi di dalam persimpangan PN perlu melalui rantau penyebaran untuk mencapai rantau persimpangan. Berbanding dengan persimpangan PN, photodetector berdasarkan persimpangan Schottky mempunyai kelajuan tindak balas yang lebih cepat, dan kelajuan tindak balas juga dapat mencapai tahap NS.