Lloji ipajisje fotodetektorëshstrukturë
Fotodetektorështë një pajisje që konverton sinjalin optik në sinjal elektrik, struktura dhe lloji i saj mund të ndahet kryesisht në kategoritë e mëposhtme:
(1) Fotodetektor fotopërçues
Kur pajisjet fotopërçuese ekspozohen ndaj dritës, bartësi i fotogjeneruar rrit përçueshmërinë e tyre dhe zvogëlon rezistencën e tyre. Bartësit e ngacmuar në temperaturën e dhomës lëvizin në një mënyrë të drejtuar nën veprimin e një fushe elektrike, duke gjeneruar kështu një rrymë. Nën kushtet e dritës, elektronet ngacmohen dhe ndodh tranzicioni. Në të njëjtën kohë, ato lëvizin nën veprimin e një fushe elektrike për të formuar një fotorrymë. Bartësit e fotogjeneruar që rezultojnë rrisin përçueshmërinë e pajisjes dhe kështu zvogëlojnë rezistencën. Fotodetektorët fotopërçues zakonisht tregojnë fitim të lartë dhe reagim të madh në performancë, por ata nuk mund t'i përgjigjen sinjaleve optike me frekuencë të lartë, kështu që shpejtësia e reagimit është e ngadaltë, gjë që kufizon zbatimin e pajisjeve fotopërçuese në disa aspekte.
(2)Fotodetektor PN
Fotodetektori PN formohet nga kontakti midis materialit gjysmëpërçues të tipit P dhe materialit gjysmëpërçues të tipit N. Përpara se të formohet kontakti, të dy materialet janë në një gjendje të veçantë. Niveli Fermi në gjysmëpërçuesin e tipit P është afër skajit të brezit të valencës, ndërsa niveli Fermi në gjysmëpërçuesin e tipit N është afër skajit të brezit të përçueshmërisë. Në të njëjtën kohë, niveli Fermi i materialit të tipit N në skajin e brezit të përçueshmërisë zhvendoset vazhdimisht poshtë derisa niveli Fermi i dy materialeve të jetë në të njëjtin pozicion. Ndryshimi i pozicionit të brezit të përçueshmërisë dhe brezit të valencës shoqërohet gjithashtu me përkuljen e brezit. Kryqëzimi PN është në ekuilibër dhe ka një nivel Fermi uniform. Nga aspekti i analizës së bartësve të ngarkesës, shumica e bartësve të ngarkesës në materialet e tipit P janë vrima, ndërsa shumica e bartësve të ngarkesës në materialet e tipit N janë elektrone. Kur të dy materialet janë në kontakt, për shkak të ndryshimit në përqendrimin e bartësve, elektronet në materialet e tipit N do të shpërndahen në tipin P, ndërsa elektronet në materialet e tipit N do të shpërndahen në drejtim të kundërt me vrimat. Sipërfaqja e pakompensuar e lënë nga difuzioni i elektroneve dhe vrimave do të formojë një fushë elektrike të integruar, dhe fusha elektrike e integruar do të ketë tendencë për zhvendosje të bartësve, dhe drejtimi i zhvendosjes është pikërisht i kundërt me drejtimin e difuzionit, që do të thotë se formimi i fushës elektrike të integruar parandalon difuzionin e bartësve, dhe brenda kryqëzimit PN ka si difuzion ashtu edhe zhvendosje derisa të dy llojet e lëvizjes të balancohen, në mënyrë që rrjedha statike e bartësve të jetë zero. Bilanci dinamik i brendshëm.
Kur kryqëzimi PN ekspozohet ndaj rrezatimit të dritës, energjia e fotonit transferohet te bartësi dhe gjenerohet bartësi i fotogjeneruar, domethënë çifti elektron-vrimë i fotogjeneruar. Nën veprimin e fushës elektrike, elektroni dhe vrima zhvendosen përkatësisht drejt rajonit N dhe rajonit P, dhe zhvendosja drejtuese e bartësit të fotogjeneruar gjeneron fotorrymë. Ky është parimi bazë i fotodetektorit të kryqëzimit PN.
(3)Fotodetektor PIN
Fotodioda pin është një material i tipit P dhe një material i tipit N midis shtresës I, shtresa I e materialit është përgjithësisht një material i brendshëm ose me doping të ulët. Mekanizmi i saj i punës është i ngjashëm me kryqëzimin PN, kur kryqëzimi PIN ekspozohet ndaj rrezatimit të dritës, fotoni transferon energji në elektron, duke gjeneruar bartës të ngarkesës së fotogjeneruar, dhe fusha elektrike e brendshme ose fusha elektrike e jashtme do të ndajë çiftet elektron-vrimë të fotogjeneruara në shtresën e varfërimit, dhe bartësit e ngarkesës së zhvendosur do të formojnë një rrymë në qarkun e jashtëm. Roli i luajtur nga shtresa I është të zgjerojë gjerësinë e shtresës së varfërimit, dhe shtresa I do të bëhet plotësisht shtresa e varfërimit nën një tension të lartë të polarizimit, dhe çiftet elektron-vrimë të gjeneruara do të ndahen shpejt, kështu që shpejtësia e reagimit të fotodetektorit të kryqëzimit PIN është përgjithësisht më e shpejtë se ajo e detektorit të kryqëzimit PN. Bartësit jashtë shtresës I mblidhen gjithashtu nga shtresa e varfërimit përmes lëvizjes së difuzionit, duke formuar një rrymë difuzioni. Trashësia e shtresës I është përgjithësisht shumë e hollë, dhe qëllimi i saj është të përmirësojë shpejtësinë e reagimit të detektorit.
(4)Fotodetektor APDfotodiodë ortekësh
Mekanizmi ifotodiodë ortekëshështë i ngjashëm me atë të kryqëzimit PN. Fotodetektor APD përdor kryqëzim PN të dopuar shumë, tensioni operativ i bazuar në zbulimin e APD është i madh, dhe kur shtohet një polarizim i madh i kundërt, jonizimi i përplasjes dhe shumëzimi i ortekut do të ndodhin brenda APD, dhe performanca e detektorit rritet. Kur APD është në modalitetin e polarizimit të kundërt, fusha elektrike në shtresën e varfërimit do të jetë shumë e fortë, dhe bartësit e fotogjeneruar të gjeneruar nga drita do të ndahen shpejt dhe do të lëvizin shpejt nën veprimin e fushës elektrike. Ekziston mundësia që elektronet të përplasen në rrjetë gjatë këtij procesi, duke shkaktuar jonizimin e elektroneve në rrjetë. Ky proces përsëritet, dhe jonet e jonizuara në rrjetë gjithashtu përplasen me rrjetën, duke shkaktuar rritjen e numrit të bartësve të ngarkesës në APD, duke rezultuar në një rrymë të madhe. Është ky mekanizëm unik fizik brenda APD që detektorët e bazuar në APD në përgjithësi kanë karakteristikat e shpejtësisë së shpejtë të reagimit, fitimit të madh të vlerës së rrymës dhe ndjeshmërisë së lartë. Krahasuar me kryqëzimin PN dhe kryqëzimin PIN, APD ka një shpejtësi më të shpejtë reagimi, e cila është shpejtësia më e shpejtë e reagimit midis tubave fotosensitivë aktualë.
(5) Fotodetektor i kryqëzimit Schottky
Struktura bazë e fotodetektorit të kryqëzimit Schottky është një diodë Schottky, karakteristikat elektrike të së cilës janë të ngjashme me ato të kryqëzimit PN të përshkruar më sipër, dhe ka përçueshmëri unidireksionale me përçueshmëri pozitive dhe prerje të kundërt. Kur një metal me një funksion të lartë pune dhe një gjysmëpërçues me një funksion të ulët pune formojnë kontakt, formohet një barrierë Schottky, dhe kryqëzimi që rezulton është një kryqëzim Schottky. Mekanizmi kryesor është disi i ngjashëm me kryqëzimin PN, duke marrë si shembull gjysmëpërçuesit e tipit N, kur dy materiale formojnë kontakt, për shkak të përqendrimeve të ndryshme të elektroneve të dy materialeve, elektronet në gjysmëpërçues do të shpërndahen në anën e metalit. Elektronet e shpërndara grumbullohen vazhdimisht në njërën anë të metalit, duke shkatërruar kështu neutralitetin elektrik origjinal të metalit, duke formuar një fushë elektrike të integruar nga gjysmëpërçuesi në metal në sipërfaqen e kontaktit, dhe elektronet do të lëvizin nën veprimin e fushës elektrike të brendshme, dhe lëvizja e difuzionit dhe e zhvendosjes së bartësit do të kryhen njëkohësisht, pas një periudhe kohore për të arritur ekuilibrin dinamik, dhe së fundmi formojnë një kryqëzim Schottky. Nën kushte drite, rajoni barrierë thith drejtpërdrejt dritën dhe gjeneron çifte elektron-vrimë, ndërsa bartësit e fotogjeneruar brenda kryqëzimit PN duhet të kalojnë nëpër rajonin e difuzionit për të arritur në rajonin e kryqëzimit. Krahasuar me kryqëzimin PN, fotodetektori i bazuar në kryqëzimin Schottky ka një shpejtësi më të shpejtë reagimi, dhe shpejtësia e reagimit mund të arrijë edhe nivelin ns.
Koha e postimit: 13 gusht 2024