Uri ng istruktura ng aparatong photodetector

Uri ngaparatong photodetectoristruktura
Photodetectoray isang aparato na nag-convert ng optical signal sa electrical signal, ang istruktura at uri nito ay maaaring pangunahing hatiin sa mga sumusunod na kategorya:
(1) Photoconductive photodetector
Kapag ang mga photoconductive device ay nalalantad sa liwanag, pinapataas ng photogenerated carrier ang kanilang conductivity at binabawasan ang kanilang resistance. Ang mga carrier na na-excite sa temperatura ng silid ay gumagalaw sa isang direksyon sa ilalim ng aksyon ng isang electric field, kaya bumubuo ng current. Sa ilalim ng kondisyon ng liwanag, ang mga electron ay na-excite at nangyayari ang transition. Kasabay nito, inaanod sila sa ilalim ng aksyon ng isang electric field upang bumuo ng isang photocurrent. Ang mga nagresultang photogenerated carrier ay nagpapataas ng conductivity ng device at sa gayon ay binabawasan ang resistance. Ang mga photoconductive photodetector ay karaniwang nagpapakita ng mataas na gain at mahusay na responsiveness sa performance, ngunit hindi sila maaaring tumugon sa mga high-frequency optical signal, kaya mabagal ang bilis ng pagtugon, na naglilimita sa paggamit ng mga photoconductive device sa ilang aspeto.

(2)PN photodetector
Ang PN photodetector ay nabubuo sa pamamagitan ng pagdikit sa pagitan ng P-type semiconductor material at N-type semiconductor material. Bago mabuo ang pagdikit, ang dalawang materyales ay nasa magkahiwalay na estado. Ang Fermi level sa P-type semiconductor ay malapit sa gilid ng valence band, habang ang Fermi level sa N-type semiconductor ay malapit sa gilid ng conduction band. Kasabay nito, ang Fermi level ng N-type material sa gilid ng conduction band ay patuloy na inililipat pababa hanggang sa ang Fermi level ng dalawang materyales ay nasa parehong posisyon. Ang pagbabago ng posisyon ng conduction band at valence band ay sinasamahan din ng pagbaluktot ng band. Ang PN junction ay nasa equilibrium at may pare-parehong Fermi level. Mula sa aspeto ng charge carrier analysis, karamihan sa mga charge carrier sa mga P-type material ay mga hole, habang karamihan sa mga charge carrier sa mga N-type material ay mga electron. Kapag ang dalawang materyales ay nagdikit, dahil sa pagkakaiba sa konsentrasyon ng carrier, ang mga electron sa mga N-type material ay magkakalat sa P-type, habang ang mga electron sa mga N-type material ay magkakalat sa kabaligtaran ng direksyon ng mga hole. Ang hindi nabayarang lugar na iniwan ng diffusion ng mga electron at hole ay bubuo ng built-in na electric field, at ang built-in na electric field ay magkakaroon ng carrier drift, at ang direksyon ng drift ay kabaligtaran lamang ng direksyon ng diffusion, na nangangahulugang ang pagbuo ng built-in na electric field ay pumipigil sa diffusion ng mga carrier, at mayroong parehong diffusion at drift sa loob ng PN junction hanggang sa ang dalawang uri ng galaw ay maging balanse, kaya ang static carrier flow ay zero. Panloob na dynamic balance.
Kapag ang PN junction ay nalalantad sa radyasyon ng liwanag, ang enerhiya ng photon ay inililipat sa carrier, at ang photogenerated carrier, ibig sabihin, ang photogenerated electron-hole pair, ay nabubuo. Sa ilalim ng aksyon ng electric field, ang electron at hole ay lumilipat patungo sa rehiyon ng N at rehiyon ng P ayon sa pagkakabanggit, at ang directional drift ng photogenerated carrier ay bumubuo ng photocurrent. Ito ang pangunahing prinsipyo ng PN junction photodetector.

(3)PIN photodetector
Ang pin photodiode ay isang materyal na uri-P at materyal na uri-N sa pagitan ng I layer, ang I layer ng materyal ay karaniwang isang intrinsic o low-doping na materyal. Ang mekanismo ng paggana nito ay katulad ng PN junction, kapag ang PIN junction ay nalantad sa light radiation, ang photon ay naglilipat ng enerhiya sa electron, na bumubuo ng mga photogenerated charge carrier, at ang internal electric field o ang external electric field ay maghihiwalay sa mga photogenerated electron-hole pairs sa depletion layer, at ang mga drifted charge carrier ay bubuo ng current sa external circuit. Ang papel na ginagampanan ng layer I ay palawakin ang lapad ng depletion layer, at ang layer I ay ganap na magiging depletion layer sa ilalim ng malaking bias voltage, at ang mga nabuo na electron-hole pairs ay mabilis na maghihiwalay, kaya ang bilis ng tugon ng PIN junction photodetector ay karaniwang mas mabilis kaysa sa PN junction detector. Ang mga carrier sa labas ng I layer ay kinokolekta rin ng depletion layer sa pamamagitan ng diffusion motion, na bumubuo ng diffusion current. Ang kapal ng I layer ay karaniwang napakanipis, at ang layunin nito ay mapabuti ang bilis ng tugon ng detector.

(4)Detektor ng APDphotodiode ng avalanche
Ang mekanismo ngphotodiode ng avalancheay katulad ng sa PN junction. Ang APD photodetector ay gumagamit ng heavily doped PN junction, ang operating voltage batay sa APD detection ay malaki, at kapag idinagdag ang isang malaking reverse bias, magaganap ang collision ionization at avalanche multiplication sa loob ng APD, at ang performance ng detector ay tataas ang photocurrent. Kapag ang APD ay nasa reverse bias mode, ang electric field sa depletion layer ay magiging napakalakas, at ang mga photogenerated carrier na nalilikha ng liwanag ay mabilis na mahihiwalay at mabilis na maanod sa ilalim ng aksyon ng electric field. May posibilidad na ang mga electron ay bumangga sa lattice sa prosesong ito, na magiging sanhi ng pag-ionize ng mga electron sa lattice. Ang prosesong ito ay inuulit, at ang mga ionized ion sa lattice ay bumangga rin sa lattice, na magiging sanhi ng pagtaas ng bilang ng mga charge carrier sa APD, na magreresulta sa isang malaking current. Ito ang natatanging pisikal na mekanismo sa loob ng APD kung saan ang mga APD-based detector sa pangkalahatan ay may mga katangian ng mabilis na response speed, malaking current value gain at mataas na sensitivity. Kung ikukumpara sa PN junction at PIN junction, ang APD ay may mas mabilis na response speed, na siyang pinakamabilis na response speed sa mga current photosensitive tube.

(5) Detektor ng litrato ng Schottky junction
Ang pangunahing istruktura ng Schottky junction photodetector ay isang Schottky diode, na ang mga katangiang elektrikal ay katulad ng sa PN junction na inilarawan sa itaas, at mayroon itong unidirectional conductivity na may positibong conduction at reverse cut-off. Kapag ang isang metal na may mataas na work function at isang semiconductor na may mababang work function ay bumuo ng contact, isang Schottky barrier ang nabubuo, at ang resultang junction ay isang Schottky junction. Ang pangunahing mekanismo ay medyo katulad ng PN junction, kung isasaalang-alang ang mga N-type semiconductor, kapag ang dalawang materyales ay bumuo ng contact, dahil sa magkaibang konsentrasyon ng electron ng dalawang materyales, ang mga electron sa semiconductor ay magkakalat sa metal na bahagi. Ang mga nagkakalat na electron ay patuloy na naiipon sa isang dulo ng metal, kaya sinisira ang orihinal na electrical neutrality ng metal, na bumubuo ng built-in na electric field mula sa semiconductor patungo sa metal sa ibabaw ng contact, at ang mga electron ay aanod sa ilalim ng aksyon ng internal electric field, at ang diffusion at drift motion ng carrier ay isasagawa nang sabay-sabay, pagkatapos ng isang panahon upang maabot ang dynamic equilibrium, at sa wakas ay bumuo ng isang Schottky junction. Sa ilalim ng mga kondisyon ng liwanag, ang rehiyon ng harang ay direktang sumisipsip ng liwanag at bumubuo ng mga pares ng electron-hole, habang ang mga photogenerated carrier sa loob ng PN junction ay kailangang dumaan sa rehiyon ng diffusion upang makarating sa rehiyon ng junction. Kung ikukumpara sa PN junction, ang photodetector na nakabatay sa Schottky junction ay may mas mabilis na bilis ng pagtugon, at ang bilis ng pagtugon ay maaari pang umabot sa antas ng ns.