Jenis struktur alat fotodetektor

Jenisalat fotodetektorstruktur
Fotodetektornyaéta alat anu ngarobah sinyal optik jadi sinyal listrik, ‌ struktur sareng rupa-rupana, ‌ tiasa dibagi kana kategori ieu: ‌
(1) Fotodetektor fotokonduktif
Nalika alat fotokonduktif kakeunaan cahaya, pamawa fotogenerasi ningkatkeun konduktivitasna sareng ngirangan résistansi na. Pamawa anu dieksitasi dina suhu kamar gerak sacara arah dina pangaruh médan listrik, sahingga ngahasilkeun arus. Dina kaayaan cahaya, éléktron dieksitasi sareng transisi lumangsung. Dina waktos anu sami, aranjeunna ngalayang dina pangaruh médan listrik pikeun ngabentuk arus foto. Pamawa fotogenerasi anu dihasilkeun ningkatkeun konduktivitas alat sahingga ngirangan résistansi. Fotodetektor fotokonduktif biasana nunjukkeun gain anu luhur sareng résponsif anu saé dina kinerja, tapi aranjeunna henteu tiasa ngaréspon kana sinyal optik frékuénsi luhur, janten kecepatan réspon laun, anu ngawatesan aplikasi alat fotokonduktif dina sababaraha aspék.

(2)Fotodetektor PN
Fotodetektor PN kabentuk ku kontak antara bahan semikonduktor tipe-P sareng bahan semikonduktor tipe-N. Sateuacan kontak kabentuk, dua bahan éta aya dina kaayaan anu misah. Tingkat Fermi dina semikonduktor tipe-P caket kana ujung pita valénsi, sedengkeun tingkat Fermi dina semikonduktor tipe-N caket kana ujung pita konduksi. Dina waktos anu sami, tingkat Fermi bahan tipe-N di ujung pita konduksi terus-terusan digeser ka handap dugi ka tingkat Fermi dua bahan éta aya dina posisi anu sami. Parobahan posisi pita konduksi sareng pita valénsi ogé dibarengan ku lenturna pita. Sambungan PN aya dina kasaimbangan sareng gaduh tingkat Fermi anu seragam. Tina aspék analisis pamawa muatan, kaseueuran pamawa muatan dina bahan tipe-P nyaéta liang, sedengkeun kaseueuran pamawa muatan dina bahan tipe-N nyaéta éléktron. Nalika dua bahan kontak, kusabab bédana konsentrasi pamawa, éléktron dina bahan tipe-N bakal nyebar ka tipe-P, sedengkeun éléktron dina bahan tipe-N bakal nyebar ka arah anu sabalikna tina liang. Daérah anu teu dikompensasi anu ditinggalkeun ku difusi éléktron sareng liang bakal ngabentuk médan listrik bawaan, sareng médan listrik bawaan bakal condong ngageser pamawa, sareng arah ngageserna sabalikna tina arah difusi, anu hartosna yén formasi médan listrik bawaan nyegah difusi pamawa, sareng aya difusi sareng ngageser di jero sambungan PN dugi ka dua jinis gerakan saimbang, supados aliran pamawa statis nol. Kasaimbangan dinamis internal.
Nalika sambungan PN kakeunaan radiasi cahaya, énergi foton ditransfer ka pamawa, sareng pamawa fotogenerasi, nyaéta pasangan éléktron-liang fotogenerasi, dihasilkeun. Dina pangaruh médan listrik, éléktron sareng liang ngalayang ka daérah N sareng daérah P, sareng hanyutan arah pamawa fotogenerasi ngahasilkeun arus foto. Ieu mangrupikeun prinsip dasar fotodetektor sambungan PN.

(3)Detektor foto PIN
Fotodioda pin nyaéta bahan tipe-P sareng bahan tipe-N antara lapisan I, lapisan I bahan umumna mangrupikeun bahan intrinsik atanapi doping rendah. Mékanisme kerjana sami sareng sambungan PN, nalika sambungan PIN kakeunaan radiasi cahaya, foton mindahkeun énergi ka éléktron, ngahasilkeun pamawa muatan fotogenerasi, sareng médan listrik internal atanapi médan listrik éksternal bakal misahkeun pasangan éléktron-liang fotogenerasi dina lapisan deplesi, sareng pamawa muatan anu ngalayang bakal ngabentuk arus dina sirkuit éksternal. Peran anu dimaénkeun ku lapisan I nyaéta pikeun ngalegaan lébar lapisan deplesi, sareng lapisan I bakal lengkep janten lapisan deplesi dina tegangan bias anu ageung, sareng pasangan éléktron-liang anu dihasilkeun bakal gancang dipisahkeun, janten kecepatan réspon fotodetektor sambungan PIN umumna langkung gancang tibatan detektor sambungan PN. Pamawa di luar lapisan I ogé dikumpulkeun ku lapisan deplesi ngaliwatan gerakan difusi, ngabentuk arus difusi. Ketebalan lapisan I umumna ipis pisan, sareng tujuanana nyaéta pikeun ningkatkeun kecepatan réspon detektor.

(4)Fotodetektor APDfotodioda longsor
Mékanisme tinafotodioda longsorSarupa sareng sambungan PN. Fotodetektor APD nganggo sambungan PN anu didoping pisan, tegangan operasi dumasar kana deteksi APD ageung, sareng nalika bias tibalik anu ageung ditambihkeun, ionisasi tabrakan sareng perkalian longsoran bakal kajantenan di jero APD, sareng kinerja detektor ningkat arus foto. Nalika APD aya dina mode bias tibalik, medan listrik dina lapisan deplesi bakal kuat pisan, sareng pamawa fotogenerasi anu dihasilkeun ku cahaya bakal gancang dipisahkeun sareng gancang ngalayang dina tindakan medan listrik. Aya kamungkinan éléktron bakal nabrak kisi salami prosés ieu, nyababkeun éléktron dina kisi terionisasi. Prosés ieu diulang, sareng ion terionisasi dina kisi ogé tabrakan sareng kisi, nyababkeun jumlah pamawa muatan dina APD ningkat, ngahasilkeun arus anu ageung. Mékanisme fisik anu unik di jero APD ieu anu detektor berbasis APD umumna gaduh ciri kecepatan réspon anu gancang, gain nilai arus anu ageung sareng sensitivitas anu luhur. Dibandingkeun sareng sambungan PN sareng sambungan PIN, APD gaduh kecepatan réspon anu langkung gancang, anu mangrupikeun kecepatan réspon anu panggancangna di antara tabung fotosensitif arus.

(5) Fotodetektor sambungan Schottky
Struktur dasar fotodetektor sambungan Schottky nyaéta dioda Schottky, anu karakteristik listrikna sami sareng sambungan PN anu dijelaskeun di luhur, sareng gaduh konduktivitas unidirectional kalayan konduksi positif sareng cut-off tibalik. Nalika logam kalayan fungsi kerja anu luhur sareng semikonduktor kalayan fungsi kerja anu handap ngabentuk kontak, panghalang Schottky kabentuk, sareng sambungan anu dihasilkeun nyaéta sambungan Schottky. Mékanisme utama rada sami sareng sambungan PN, nyandak semikonduktor tipe-N salaku conto, nalika dua bahan ngabentuk kontak, kusabab konsentrasi éléktron anu béda tina dua bahan, éléktron dina semikonduktor bakal nyebar ka sisi logam. Éléktron anu nyebar akumulasi terus-terusan di hiji tungtung logam, sahingga ngancurkeun nétralitas listrik asli logam, ngabentuk medan listrik internal ti semikonduktor ka logam dina permukaan kontak, sareng éléktron bakal ngalayang dina tindakan medan listrik internal, sareng gerakan difusi sareng hanyutan pamawa bakal dilaksanakeun sacara simultan, saatos periode waktu pikeun ngahontal kasaimbangan dinamis, sareng pamustunganana ngabentuk sambungan Schottky. Dina kaayaan cahaya, daérah panghalang langsung nyerep cahaya sareng ngahasilkeun pasangan éléktron-liang, sedengkeun pamawa fotogenerasi di jero sambungan PN kedah ngaliwat daérah difusi pikeun ngahontal daérah sambungan. Dibandingkeun sareng sambungan PN, fotodetektor anu dumasar kana sambungan Schottky gaduh kecepatan réspon anu langkung gancang, sareng kecepatan réspon bahkan tiasa ngahontal tingkat ns.