Lloji ipajisje fotodetektoristrukturën
Fotodetektorështë një pajisje që konverton sinjalin optik në sinjal elektrik, strukturën dhe shumëllojshmërinë e tij, mund të ndahet kryesisht në kategoritë e mëposhtme:
(1) Fotodetektor fotopërçues
Kur pajisjet fotopërçuese ekspozohen ndaj dritës, transportuesi i fotogjeneruar rrit përçueshmërinë e tyre dhe ul rezistencën e tyre. Transportuesit e ngacmuar në temperaturën e dhomës lëvizin në një mënyrë të drejtuar nën veprimin e një fushe elektrike, duke gjeneruar kështu një rrymë. Në 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. Transportuesit e fotogjeneruar që rezultojnë rrisin përçueshmërinë e pajisjes dhe në këtë mënyrë 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 aplikimin 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. Para se të krijohet kontakti, të dy materialet janë në një gjendje të veçantë. Niveli i Fermit në gjysmëpërçues të tipit P është afër skajit të brezit të valencës, ndërsa niveli Fermi në gjysmëpërçues të tipit N është afër skajit të brezit të përcjelljes. Në të njëjtën kohë, niveli Fermi i materialit të tipit N në skajin e brezit të përcjelljes zhvendoset vazhdimisht poshtë derisa niveli Fermi i dy materialeve të jetë në të njëjtin pozicion. Ndryshimi i pozicionit të brezit të përcjellshmërisë dhe brezit të valencës shoqërohet gjithashtu me përkulje të brezit. Kryqëzimi PN është në ekuilibër dhe ka një nivel të njëtrajtshëm Fermi. 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 bartësit, elektronet në materialet e tipit N do të shpërndahen në llojin P, ndërsa elektronet në materialet e tipit N do të shpërndahen në drejtim të kundërt me vrimat. Zona 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 prirjen e zhvendosjes së bartësit, dhe drejtimi i lëvizjes është pikërisht i kundërt me drejtimin e difuzionit, që do të thotë se formimi i fushës elektrike të integruar parandalon difuzionin e bartësve, dhe ka edhe difuzion edhe lëvizje brenda kryqëzimit PN derisa të dy llojet e lëvizjeve të balancohen, në mënyrë që rrjedha statike e bartësit të jetë zero. Bilanci dinamik i brendshëm.
Kur kryqëzimi PN është i ekspozuar ndaj rrezatimit të dritës, energjia e fotonit transferohet në bartës dhe krijohet bartësi i fotogjeneruar, domethënë çifti elektron-vrima e fotogjeneruar. Nën veprimin e fushës elektrike, elektroni dhe vrima zhvendosen në rajonin N dhe rajonin P përkatësisht, dhe zhvendosja e drejtimit e bartësit të fotogjeneruar gjeneron fotorrymë. Ky është parimi bazë i fotodetektorit të kryqëzimit PN.
(3)Fotodetektor PIN
Fotodioda e pinit është një material i tipit P dhe material i tipit N midis shtresës I, shtresa I e materialit është përgjithësisht një material i brendshëm ose me doping të ulët. Mekanizmi i tij i punës është i ngjashëm me kryqëzimin PN, kur kryqëzimi PIN është i ekspozuar ndaj rrezatimit të dritës, fotoni transferon energji në elektron, duke gjeneruar bartës të ngarkesave të fotogjeneruara dhe fusha elektrike e brendshme ose fusha elektrike e jashtme do të ndajë vrimën elektronike të fotogjeneruar. çifte në shtresën e zbrazjes, dhe bartësit e ngarkesës të 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 madh paragjykim, dhe çiftet e gjeneruara elektron-vrima do të ndahen me shpejtësi, kështu që shpejtësia e përgjigjes së Fotodetektori i kryqëzimit PIN është përgjithësisht më i shpejtë se ai i detektorit të kryqëzimit PN. Transportuesit 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 orteku
Mekanizmi ifotodiodë ortekuështë e ngjashme me atë të kryqëzimit PN. Fotodetektori APD përdor kryqëzim PN shumë të dopuar, voltazhi i funksionimit i bazuar në zbulimin APD është i madh dhe kur shtohet një paragjykim i madh i kundërt, jonizimi i përplasjes dhe shumëzimi i ortekëve do të ndodhin brenda APD dhe performanca e detektorit rritet rryma e fotove. Kur APD është në modalitetin e paragjykimit 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 zhvendosen shpejt nën veprimin e fushës elektrike. Ekziston një probabilitet që elektronet të përplasen në rrjetë gjatë këtij procesi, duke shkaktuar që elektronet në rrjetë të jonizohen. Ky proces përsëritet dhe jonet e jonizuara në rrjetë gjithashtu përplasen me rrjetën, duke bërë që numri i bartësve të ngarkesës në APD të rritet, duke rezultuar në një rrymë të madhe. Është ky mekanizëm fizik unik brenda APD që detektorët e bazuar në APD kanë përgjithësisht karakteristikat e shpejtësisë së reagimit të shpejtë, fitimit të madh të vlerës aktuale dhe ndjeshmërisë së lartë. Krahasuar me kryqëzimin PN dhe kryqëzimin PIN, APD ka një shpejtësi më të shpejtë përgjigjeje, e cila është shpejtësia më e shpejtë e përgjigjes midis tubave aktualë fotosensitive.
(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 përshkruara më sipër, dhe ka përçueshmëri të njëanshme me përçueshmëri pozitive dhe ndërprerje të kundërt. Kur një metal me funksion të lartë pune dhe një gjysmëpërçues me funksion të ulët të punës formojnë kontakt, formohet një pengesë 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 metalike. Elektronet e shpërndara grumbullohen vazhdimisht në njërin skaj 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 fusha e brendshme elektrike dhe lëvizja e difuzionit dhe e zhvendosjes së transportuesit do të kryhen njëkohësisht, pas një periudhe kohe për të arritur ekuilibrin dinamik dhe më në fund të formohet një kryqëzim Schottky. Në kushtet e dritës, rajoni i barrierës thith drejtpërdrejt dritën dhe gjeneron çifte elektron-vrima, 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 përgjigjes mund të arrijë edhe nivelin ns.
Koha e postimit: Gusht-13-2024