Type deappareil photodétecteurstructure
Photodétecteurest un dispositif qui convertit le signal optique en signal électrique, sa structure et sa variété, peut être principalement divisée en catégories suivantes:
(1) photodétecteur photoconducteur
Lorsque les dispositifs photoconductifs sont exposés à la lumière, le porte-avion a augmenté leur conductivité et diminue leur résistance. Les porteurs excités à température ambiante se déplacent de manière directionnelle sous l'action d'un champ électrique, générant ainsi un courant. À l'état de la lumière, les électrons sont excités et la transition se produit. Dans le même temps, ils dérivent sous l'action d'un champ électrique pour former un photocourant. Les porteurs photogénérés résultants augmentent la conductivité de l'appareil et réduisent ainsi la résistance. Les photodétecteurs photoconductifs présentent généralement un gain élevé et une grande réactivité dans les performances, mais ils ne peuvent pas répondre aux signaux optiques à haute fréquence, donc la vitesse de réponse est lente, ce qui limite l'application des dispositifs photoconductifs à certains aspects.
(2)Photodetecteur PN
Le photodétecteur PN est formé par le contact entre le matériau semi-conducteur de type P et le matériau semi-conducteur de type N. Avant la formation du contact, les deux matériaux sont dans un état séparé. Le niveau de Fermi dans le semi-conducteur de type P est proche du bord de la bande de valence, tandis que le niveau de Fermi dans le semi-conducteur de type N est proche du bord de la bande de conduction. Dans le même temps, le niveau de Fermi du matériau de type N au bord de la bande de conduction est décalé en continu jusqu'à ce que le niveau de Fermi des deux matériaux soit dans la même position. Le changement de position de la bande de conduction et de la bande de valence s'accompagne également de la flexion du groupe. La jonction PN est en équilibre et a un niveau de Fermi uniforme. D'après l'aspect de l'analyse des porteurs de charge, la plupart des porteurs de charge dans les matériaux de type P sont des trous, tandis que la plupart des porteurs de charge dans les matériaux de type N sont des électrons. Lorsque les deux matériaux sont en contact, en raison de la différence de concentration de porteurs, les électrons dans les matériaux de type N se diffuseront en type p, tandis que les électrons dans les matériaux de type N diffuseront dans la direction opposée aux trous. The uncompensated area left by the diffusion of electrons and holes will form a built-in electric field, and the built-in electric field will trend carrier drift, and the direction of drift is just opposite to the direction of diffusion, which means that the formation of the built-in electric field prevents the diffusion of carriers, and there are both diffusion and drift inside the PN junction until the two kinds of motion are balanced, so that the static carrier flow is zéro. Équilibre dynamique interne.
Lorsque la jonction PN est exposée à un rayonnement léger, l'énergie du photon est transférée à la porteuse, et le porteur photogénéré, c'est-à-dire la paire d'électrons photogénérée, est générée. Sous l'action du champ électrique, la dérive d'électrons et de trous vers la région N et la région P respectivement, et la dérive directionnelle du porte-parcours photogénéré génère du photocourant. Il s'agit du principe de base du photodétecteur de la jonction PN.
(3)Photodétectrice à broches
La photodiode PIN est un matériau de type P et un matériau de type N entre la couche I, la couche I du matériau est généralement un matériau intrinsèque ou faible. Son mécanisme de travail est similaire à la jonction PN, lorsque la jonction de la broche est exposée à un rayonnement lumineux, le photon transfère de l'énergie à l'électron, générant des porteurs de charge photogénérés et le champ électrique interne ou le champ électrique externe séparera les paires de trous d'électrons photogénérées dans le circuit externe. Le rôle joué par la couche I est d'élargir la largeur de la couche d'épuisement, et la couche que je deviendra complètement la couche de déplétion sous une grande tension de biais, et les paires d'électrons générées seront rapidement séparées, de sorte que la vitesse de réponse du photodétecteur de la jonction de broche est généralement plus rapide que celle du détecteur de jonction PN. Les porteurs à l'extérieur de la couche I sont également collectés par la couche d'épuisement par mouvement de diffusion, formant un courant de diffusion. L'épaisseur de la couche I est généralement très mince et son objectif est d'améliorer la vitesse de réponse du détecteur.
(4)Photodétecteur APDPhotodiode d'avalanche
Le mécanisme dePhotodiode d'avalancheest similaire à celui de la jonction PN. Le photodétecteur APD utilise une jonction PN fortement dopée, la tension de fonctionnement basée sur la détection APD est grande, et lorsqu'un grand biais inverse est ajouté, l'ionisation de collision et la multiplication de l'avalanche se produiront à l'intérieur de l'APD, et les performances du détecteur augmentent le photodocalant. Lorsque l'APD est en mode biais inverse, le champ électrique dans la couche d'épuisement sera très fort, et les porteurs photogénérés générés par la lumière seront rapidement séparés et dérivent rapidement sous l'action du champ électrique. Il y a une probabilité que les électrons se heurteront au réseau pendant ce processus, ce qui fait que les électrons du réseau sont ionisés. Ce processus est répété et les ions ionisés dans le réseau sont également entrés en collision avec le réseau, provoquant une augmentation du nombre de porteurs de charge dans l'APD, entraînant un courant important. C'est ce mécanisme physique unique à l'intérieur de l'APD que les détecteurs basés sur l'APD ont généralement les caractéristiques d'une vitesse de réponse rapide, d'un gain de valeur de courant élevé et d'une sensibilité élevée. Par rapport à la jonction PN et à la jonction de la broche, APD a une vitesse de réponse plus rapide, qui est la vitesse de réponse la plus rapide parmi les tubes photosensible actuels.
(5) Schottky Junction Photodetector
La structure de base du photodétecteur de la jonction Schottky est une diode Schottky, dont les caractéristiques électriques sont similaires à celles de la jonction PN décrite ci-dessus, et il a une conductivité unidirectionnelle avec conduction positive et coupure inversée. Lorsqu'un métal avec une fonction de travail élevée et un semi-conducteur avec un contact de forme de travail faible, une barrière Schottky est formée et la jonction résultante est une jonction Schottky. Le mécanisme principal est quelque peu similaire à la jonction PN, en prenant l'exemple des semi-conducteurs de type N, lorsque deux matériaux forment un contact, en raison des différentes concentrations d'électrons des deux matériaux, les électrons du semi-conducteur se diffusent vers le côté métal. Les électrons diffusés s'accumulent en continu à une extrémité du métal, détruisant ainsi la neutralité électrique d'origine du métal, formant un champ électrique intégré du semi-conducteur vers le métal sur la surface de contact, et les électrons dériveront sous l'action du champ électrique interne, et la diffusion du transporteur et la dérive seront transportées simultanées, après une période de temps pour atteindre l'équilibre dynamique et enfin un schotty. Dans des conditions lumineuses, la région de la barrière absorbe directement la lumière et génère des paires d'électrons, tandis que les porteurs photogénérés à l'intérieur de la jonction PN doivent passer à travers la région de diffusion pour atteindre la région de la jonction. Par rapport à la jonction PN, le photodétecteur basé sur la jonction Schottky a une vitesse de réponse plus rapide, et la vitesse de réponse peut même atteindre le niveau NS.
Heure du poste: août-13-2024