Fotodedektör cihaz yapısının türü

Türüfotodedektör cihazıyapı
Fotodedektöroptik sinyali elektrik sinyaline dönüştüren bir cihazdır, yapısı ve çeşitliliği temel olarak aşağıdaki kategorilere ayrılabilir:
(1) Fotoiletken fotodetektör
Fotoiletken cihazlar ışığa maruz kaldığında, fotojenlenmiş taşıyıcı bunların iletkenliğini arttırır ve dirençlerini azaltır. Oda sıcaklığında uyarılan taşıyıcılar, elektrik alanının etkisi altında yönlü bir şekilde hareket ederek bir akım üretir. Işık koşullarında elektronlar uyarılır ve geçiş meydana gelir. Aynı zamanda bir fotoakım oluşturmak için elektrik alanının etkisi altında sürüklenirler. Ortaya çıkan fotojenlenmiş taşıyıcılar cihazın iletkenliğini arttırır ve dolayısıyla direnci azaltır. Fotoiletken fotodedektörler genellikle yüksek kazanç ve performans açısından mükemmel yanıt verirler, ancak yüksek frekanslı optik sinyallere yanıt veremezler, bu nedenle yanıt hızı yavaştır, bu da bazı yönlerden fotoiletken cihazların uygulamasını sınırlar.

(2)PN fotodedektör
PN fotodetektör, P tipi yarı iletken malzeme ile N tipi yarı iletken malzeme arasındaki temasla oluşur. Temas oluşmadan önce iki malzeme ayrı bir durumdadır. P-tipi yarıiletkende Fermi seviyesi değerlik bandının kenarına yakınken, N-tipi yarıiletkende Fermi seviyesi iletim bandının kenarına yakındır. Aynı zamanda iletim bandının kenarındaki N-tipi malzemenin Fermi seviyesi, iki malzemenin Fermi seviyesi aynı konuma gelene kadar sürekli olarak aşağı doğru kaydırılır. İletim bandının ve valans bandının konumunun değişmesine bandın bükülmesi de eşlik eder. PN bağlantısı dengededir ve düzgün bir Fermi seviyesine sahiptir. Yük taşıyıcı analizi açısından bakıldığında, P-tipi malzemelerdeki yük taşıyıcıların çoğu deliklerdir, N-tipi malzemelerdeki yük taşıyıcıların çoğu ise elektronlardır. İki malzeme temas halinde olduğunda, taşıyıcı konsantrasyonundaki farklılıktan dolayı, N tipi malzemelerdeki elektronlar P tipine difüze olurken, N tipi malzemelerdeki elektronlar deliklere ters yönde difüze olur. Elektronların ve deliklerin difüzyonunun bıraktığı telafi edilmemiş alan, yerleşik bir elektrik alanı oluşturacak ve yerleşik elektrik alanı, taşıyıcı sürüklenmesini yönlendirecek ve sürüklenme yönü, difüzyon yönünün tam tersi olacaktır; bu, Yerleşik elektrik alanının oluşumu, taşıyıcıların difüzyonunu önler ve iki tür hareket dengelenene kadar PN eklemi içinde hem difüzyon hem de sürüklenme vardır, böylece statik taşıyıcı akışı sıfır olur. İç dinamik denge.
PN bağlantısı ışık radyasyonuna maruz kaldığında fotonun enerjisi taşıyıcıya aktarılır ve fotojenlenmiş taşıyıcı, yani fotojenlenmiş elektron-delik çifti üretilir. Elektrik alanının etkisi altında, elektron ve delik sırasıyla N bölgesine ve P bölgesine doğru sürüklenir ve fotojenlenmiş taşıyıcının yönsel kayması fotoakım üretir. Bu, PN bağlantı fotodedektörünün temel prensibidir.

(3)PIN fotodetektörü
Pin fotodiyot, I katmanı arasında P tipi bir malzeme ve N tipi bir malzemedir; malzemenin I katmanı genellikle içsel veya düşük katkılı bir malzemedir. Çalışma mekanizması PN ​​bağlantısına benzer; PIN bağlantısı ışık radyasyonuna maruz kaldığında, foton enerjiyi elektrona aktarır, fotojenlenmiş yük taşıyıcıları üretir ve dahili elektrik alanı veya harici elektrik alanı fotojenere edilmiş elektron deliğini ayıracaktır. tükenme katmanındaki çiftler ve sürüklenen yük taşıyıcıları dış devrede bir akım oluşturacaktır. Katman I'in oynadığı rol, tükenme katmanının genişliğini genişletmektir ve katman I, büyük bir öngerilim voltajı altında tamamen tükenme katmanı haline gelecek ve oluşturulan elektron-delik çiftleri hızla ayrılacak, böylece tepki hızı PIN bağlantı fotodetektörü genellikle PN bağlantı dedektörününkinden daha hızlıdır. I katmanının dışındaki taşıyıcılar da tükenme katmanı tarafından difüzyon hareketi yoluyla toplanır ve bir difüzyon akımı oluşturulur. I katmanının kalınlığı genellikle çok incedir ve amacı dedektörün tepki hızını arttırmaktır.

(4)APD fotodedektörçığ fotodiyodu
Mekanizmasıçığ fotodiyoduPN bağlantısına benzer. APD fotodedektörü yoğun katkılı PN bağlantısını kullanır, APD tespitine dayalı çalışma voltajı büyüktür ve büyük bir ters eğilim eklendiğinde APD içinde çarpışma iyonizasyonu ve çığ çoğalması meydana gelir ve dedektörün performansı fotoakım artar. APD ters öngerilim modunda olduğunda, tükenme katmanındaki elektrik alanı çok güçlü olacak ve ışık tarafından üretilen fotojenlenmiş taşıyıcılar hızla ayrılacak ve elektrik alanının etkisi altında hızla sürüklenecektir. Bu işlem sırasında elektronların kafese çarparak kafes içindeki elektronların iyonlaşmasına neden olma olasılığı vardır. Bu işlem tekrarlanır ve kafes içindeki iyonize iyonlar da kafesle çarpışarak APD'deki yük taşıyıcılarının sayısının artmasına neden olur ve bu da büyük bir akıma neden olur. APD tabanlı dedektörlerin genellikle hızlı yanıt hızı, büyük akım değeri kazanımı ve yüksek hassasiyet özelliklerine sahip olması, APD içindeki bu benzersiz fiziksel mekanizmadır. PN bağlantısı ve PIN bağlantısıyla karşılaştırıldığında APD, mevcut ışığa duyarlı tüpler arasında en hızlı yanıt hızı olan daha hızlı bir yanıt hızına sahiptir.

(5) Schottky kavşak fotodetektörü
Schottky bağlantı fotodetektörünün temel yapısı, elektriksel özellikleri yukarıda açıklanan PN bağlantı noktasına benzer olan ve pozitif iletkenlik ve ters kesme ile tek yönlü iletkenliğe sahip olan bir Schottky diyottur. Yüksek iş fonksiyonuna sahip bir metal ile düşük iş fonksiyonuna sahip bir yarı iletken temas ettiğinde, bir Schottky bariyeri oluşur ve ortaya çıkan bağlantı, bir Schottky bağlantısıdır. Ana mekanizma bir şekilde PN bağlantısına benzer; örnek olarak N tipi yarı iletkenleri alırsak, iki malzeme temas ettiğinde, iki malzemenin farklı elektron konsantrasyonları nedeniyle yarı iletkendeki elektronlar metal tarafa yayılır. Yayılan elektronlar sürekli olarak metalin bir ucunda birikerek metalin orijinal elektriksel nötrlüğünü bozar, temas yüzeyinde yarı iletkenden metale doğru yerleşik bir elektrik alanı oluşturur ve elektronlar, metalin etkisi altında sürüklenir. iç elektrik alanı ve taşıyıcının difüzyon ve sürüklenme hareketi eşzamanlı olarak gerçekleştirilecek, bir süre sonra dinamik dengeye ulaşacak ve sonunda bir Schottky kavşağı oluşturulacaktır. Işık koşulları altında, bariyer bölgesi doğrudan ışığı emer ve elektron-delik çiftleri üretirken, PN bağlantısı içindeki fotojenlenmiş taşıyıcıların bağlantı bölgesine ulaşmak için difüzyon bölgesinden geçmesi gerekir. PN bağlantısıyla karşılaştırıldığında, Schottky bağlantısına dayanan fotodetektör daha hızlı tepki hızına sahiptir ve yanıt hızı ns seviyesine bile ulaşabilir.