Fotodedektör cihaz yapısının türü

Türüfotodedektör cihazıyapı
Fotodedektöroptik sinyali elektrik sinyaline dönüştüren bir cihazdır, yapısı ve çeşitliliği, esas olarak aşağıdaki kategorilere ayrılabilir:
(1) Foto iletken fotodedektör
Fotoiletken cihazlar ışığa maruz kaldığında, fotoüretilmiş taşıyıcı iletkenliklerini artırır ve dirençlerini azaltır. Oda sıcaklığında uyarılan taşıyıcılar, bir elektrik alanının etkisi altında yönlü bir şekilde hareket eder ve böylece bir akım oluşturur. Işık koşulu altında, elektronlar uyarılır ve geçiş meydana gelir. Aynı zamanda, bir fotoakım oluşturmak için bir elektrik alanının etkisi altında sürüklenirler. Ortaya çıkan fotoüretilmiş taşıyıcılar cihazın iletkenliğini artırır ve böylece direnci azaltır. Fotoiletken fotodedektörler genellikle yüksek kazanç ve performansta büyük tepki gösterir, ancak yüksek frekanslı optik sinyallere yanıt veremezler, bu nedenle yanıt hızı yavaştır ve bu da bazı yönlerden fotoiletken cihazların uygulanmasını sınırlar.

(2)PN fotodetektör
PN fotodedektörü, P tipi yarı iletken malzeme ile N tipi yarı iletken malzeme arasındaki temasla oluşur. Temas oluşmadan önce, iki malzeme ayrı bir durumdadır. P tipi yarı iletkendeki Fermi seviyesi değerlik bandının kenarına yakınken, N tipi yarı iletkendeki Fermi seviyesi iletkenlik bandının kenarına yakındır. Aynı zamanda, N tipi malzemenin iletkenlik bandının kenarındaki Fermi seviyesi, iki malzemenin Fermi seviyesi aynı konuma gelene kadar sürekli olarak aşağı doğru kayar. İletkenlik bandı ve değerlik bandının konumunun değişmesine, bandın bükülmesi de eşlik eder. PN bağlantısı dengededir ve düzgün bir Fermi seviyesine sahiptir. Yük taşıyıcı analizi açısından, P tipi malzemelerdeki yük taşıyıcılarının çoğu delik iken, N tipi malzemelerdeki yük taşıyıcılarının çoğu elektrondur. İki malzeme temas halinde olduğunda, taşıyıcı konsantrasyonundaki farktan dolayı, N tipi malzemelerdeki elektronlar P tipine doğru difüze olurken, N tipi malzemelerdeki elektronlar deliklere zıt yönde difüze olur. Elektronların ve deliklerin difüzyonuyla oluşan telafi edilmemiş alan, yerleşik bir elektrik alanı oluşturacak ve yerleşik elektrik alanı taşıyıcı kaymasına eğilim gösterecek ve kaymanın yönü difüzyon yönünün tam tersidir, bu da yerleşik elektrik alanının oluşumunun taşıyıcıların difüzyonunu önlediği ve iki tür hareket dengelenene kadar PN bağlantısının içinde hem difüzyon hem de kayma olduğu anlamına gelir, böylece statik taşıyıcı akışı sıfır olur. Dahili dinamik denge.
PN eklemi 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 sürüklenir ve fotojenlenmiş taşıyıcının yönsel sürüklenmesi fotoakım üretir. Bu, PN eklem fotodetektörünün temel prensibidir.

(3)PIN fotodetektörü
Pin fotodiyot, I tabakası arasındaki P tipi malzeme ve N tipi malzemedir, malzemenin I tabakası genellikle içsel veya düşük katkılı bir malzemedir. Çalışma mekanizması PN ​​bağlantısına benzer, PIN bağlantısı ışık radyasyonuna maruz kaldığında, foton elektrona enerji aktarır, fotojenlenmiş yük taşıyıcıları üretir ve iç elektrik alanı veya dış elektrik alanı tükenme tabakasındaki fotojenlenmiş elektron-delik çiftlerini ayırır ve sürüklenen yük taşıyıcıları dış devrede bir akım oluşturur. I tabakasının oynadığı rol, tükenme tabakasının genişliğini genişletmektir ve I tabakası büyük bir önyargı voltajı altında tamamen tükenme tabakası haline gelir ve üretilen elektron-delik çiftleri hızla ayrılır, bu nedenle PIN bağlantısı fotodetektörünün tepki hızı genellikle PN bağlantısı dedektöründen daha hızlıdır. I tabakasının dışındaki taşıyıcılar da difüzyon hareketi yoluyla tükenme tabakası tarafından toplanarak bir difüzyon akımı oluşturur. I tabakasının kalınlığı genellikle çok incedir ve amacı dedektörün tepki hızını artırmaktır.

(4)APD fotodedektörüçığ fotodiyot
Mekanizmasıçığ fotodiyotPN bağlantısına benzer. APD fotodetektörü yoğun şekilde katkılanmış PN bağlantısı kullanır, APD algılamaya dayalı çalışma voltajı büyüktür ve büyük bir ters önyargı eklendiğinde, APD içinde çarpışma iyonizasyonu ve çığ çoğalması meydana gelir ve dedektörün performansı fotoakım artar. APD ters önyargı 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 çarpma olasılığı vardır ve bu da kafesteki elektronların iyonlaşmasına neden olur. Bu işlem tekrarlanır ve kafesteki iyonize iyonlar da kafesle çarpışır ve APD'deki yük taşıyıcılarının sayısının artmasına neden olarak büyük bir akıma neden olur. APD tabanlı dedektörlerin genellikle hızlı tepki hızı, büyük akım değeri kazancı ve yüksek hassasiyet özelliklerine sahip olmasının nedeni, APD içindeki bu benzersiz fiziksel mekanizmadır. APD, PN eklemi ve PIN eklemi ile karşılaştırıldığında daha hızlı tepki hızına sahiptir ve bu da mevcut ışığa duyarlı tüpler arasında en hızlı tepki hızıdır.

(5) Schottky bağlantı fotodetektörü
Schottky bağlantı fotodedektörünün temel yapısı, yukarıda açıklanan PN bağlantısının elektriksel özelliklerine benzer elektriksel özelliklere sahip bir Schottky diyotudur ve pozitif iletkenlik ve ters kesme ile tek yönlü iletkenliğe sahiptir. Yüksek işlevli bir metal ve düşük işlevli bir yarı iletken temas oluşturduğunda, bir Schottky bariyeri oluşur ve ortaya çıkan bağlantı bir Schottky bağlantısıdır. Ana mekanizma, PN bağlantısına biraz benzerdir, örnek olarak N tipi yarı iletkenleri ele alırsak, iki malzeme temas oluşturduğunda, iki malzemenin farklı elektron konsantrasyonları nedeniyle, yarı iletkendeki elektronlar metal tarafına yayılacaktır. Yayılan elektronlar, metalin bir ucunda sürekli olarak birikerek metalin orijinal elektriksel nötrlüğünü yok eder, temas yüzeyinde yarı iletkenden metale yerleşik bir elektrik alanı oluşturur ve elektronlar iç elektrik alanının etkisi altında sürüklenir ve taşıyıcının difüzyon ve sürüklenme hareketi, dinamik dengeye ulaşmak için bir süre sonra aynı anda gerçekleştirilir ve sonunda bir Schottky bağlantısı oluşturur. Işık koşulları altında, bariyer bölgesi doğrudan ışığı emer ve elektron-delik çiftleri üretirken, PN bağlantısının içindeki fotojenlenmiş taşıyıcıların bağlantı bölgesine ulaşmak için difüzyon bölgesinden geçmesi gerekir. PN bağlantısıyla karşılaştırıldığında, Schottky bağlantısına dayalı fotodedektör daha hızlı bir tepki hızına sahiptir ve tepki hızı ns seviyesine bile ulaşabilir.