Uri ng istraktura ng aparato ng photodetector

Uri ngaparatong photodetectoristraktura
Photodetectoray isang aparato na nagko-convert ng optical signal sa electrical signal, ang istraktura at pagkakaiba-iba nito, ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na kategorya: ‌
(1) Photoconductive photodetector
Kapag ang mga photoconductive device ay nalantad sa liwanag, pinapataas ng photogenerated carrier ang kanilang conductivity at binabawasan ang kanilang resistensya. Ang mga carrier na nasasabik sa temperatura ng silid ay gumagalaw sa isang direksyon na paraan sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field, kaya bumubuo ng isang kasalukuyang. Sa ilalim ng kondisyon ng liwanag, ang mga electron ay nasasabik at nangyayari ang paglipat. Kasabay nito, naaanod sila sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field upang bumuo ng isang photocurrent. Ang mga resultang photogenerated carrier ay nagpapataas ng conductivity ng device at sa gayon ay binabawasan ang resistensya. Ang mga photoconductive photodetector ay kadalasang nagpapakita ng mataas na pakinabang at mahusay na pagtugon sa pagganap, ngunit hindi sila makakatugon sa mga high-frequency na optical signal, kaya ang bilis ng pagtugon ay mabagal, na naglilimita sa paggamit ng mga photoconductive device sa ilang aspeto.

(2)PN photodetector
Ang PN photodetector ay nabuo sa pamamagitan ng contact sa pagitan ng P-type na semiconductor na materyal at N-type na semiconductor na materyal. Bago mabuo ang contact, ang dalawang materyales ay nasa magkahiwalay na estado. Ang antas ng Fermi sa P-type semiconductor ay malapit sa gilid ng valence band, habang ang Fermi level sa N-type na semiconductor ay malapit sa gilid ng conduction band. Kasabay nito, ang Fermi level ng N-type na materyal sa gilid ng conduction band ay patuloy na inililipat pababa hanggang ang Fermi level ng dalawang materyales ay nasa parehong posisyon. Ang pagbabago ng posisyon ng conduction band at valence band ay sinamahan din ng baluktot ng banda. Ang PN junction ay nasa ekwilibriyo at may pare-parehong antas ng Fermi. Mula sa aspeto ng pagsusuri ng charge carrier, karamihan sa mga charge carrier sa P-type na materyales ay mga butas, habang ang karamihan sa mga charge carrier sa N-type na materyales ay mga electron. Kapag ang dalawang materyales ay nasa contact, dahil sa pagkakaiba sa konsentrasyon ng carrier, ang mga electron sa N-type na materyales ay magkakalat sa P-type, habang ang mga electron sa N-type na materyales ay magkakalat sa tapat na direksyon sa mga butas. Ang uncompensated na lugar na naiwan ng diffusion ng mga electron at hole ay bubuo ng built-in na electric field, at ang built-in na electric field ay magte-trend ng carrier drift, at ang direksyon ng drift ay kabaligtaran lamang sa direksyon ng diffusion, na nangangahulugan na ang Ang pagbuo ng built-in na electric field ay pumipigil sa pagsasabog ng mga carrier, at mayroong parehong diffusion at drift sa loob ng PN junction hanggang sa balanse ang dalawang uri ng paggalaw, upang ang static na daloy ng carrier ay zero. Panloob na dynamic na balanse.
Kapag ang PN junction ay nalantad sa liwanag na radiation, ang enerhiya ng photon ay inililipat sa carrier, at ang photogenerated carrier, iyon ay, ang photogenerated electron-hole pares, ay nabuo. Sa ilalim ng pagkilos ng electric field, ang electron at hole drift sa N region at sa P region 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 P-type na materyal at N-type na materyal sa pagitan ng I layer, ang I layer ng materyal ay karaniwang isang intrinsic o low-doping na materyal. Ang mekanismo ng pagtatrabaho 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 panloob na electric field o ang panlabas na electric field ay maghihiwalay sa photogenerated electron-hole pares sa depletion layer, at ang drifted charge carriers ay bubuo ng current sa external circuit. Ang papel na ginagampanan ng layer I ay upang palawakin ang lapad ng depletion layer, at ang layer I ay ganap na magiging depletion layer sa ilalim ng malaking bias na boltahe, at ang nabuong electron-hole pairs ay mabilis na maghihiwalay, kaya ang bilis ng pagtugon ng Ang PIN junction photodetector ay karaniwang mas mabilis kaysa sa PN junction detector. Ang mga carrier sa labas ng I layer ay kinokolekta din ng depletion layer sa pamamagitan ng diffusion motion, na bumubuo ng diffusion current. Ang kapal ng layer ng I ay karaniwang napakanipis, at ang layunin nito ay pahusayin ang bilis ng pagtugon ng detector.

(4)APD photodetectoravalanche photodiode
Ang mekanismo ngavalanche photodiodeay katulad ng sa PN junction. Ang APD photodetector ay gumagamit ng mabigat na doped na PN junction, ang operating boltahe batay sa APD detection ay malaki, at kapag ang isang malaking reverse bias ay idinagdag, ang collision ionization at avalanche multiplication ay magaganap 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 nabuo ng liwanag ay mabilis na mahihiwalay at mabilis na maaanod sa ilalim ng pagkilos ng electric field. May posibilidad na ang mga electron ay mauntog sa sala-sala sa panahon ng prosesong ito, na nagiging sanhi ng pagkaka-ionize ng mga electron sa sala-sala. Ang prosesong ito ay paulit-ulit, at ang mga ionized ions sa sala-sala ay bumabangga rin sa sala-sala, na nagiging sanhi ng pagtaas ng bilang ng mga carrier ng singil sa APD, na nagreresulta sa isang malaking agos. Ito ang natatanging pisikal na mekanismo sa loob ng APD na ang mga detektor na nakabatay sa APD ay karaniwang may mga katangian ng mabilis na bilis ng pagtugon, malaking kasalukuyang halaga ng nakuha at mataas na sensitivity. Kung ikukumpara sa PN junction at PIN junction, ang APD ay may mas mabilis na bilis ng pagtugon, na siyang pinakamabilis na bilis ng pagtugon sa mga kasalukuyang photosensitive na tubo.

(5) Schottky junction photodetector
Ang pangunahing istraktura ng Schottky junction photodetector ay isang Schottky diode, na ang mga de-koryenteng katangian 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 bumubuo ng contact, isang Schottky barrier ay nabuo, at ang resultang junction ay isang Schottky junction. Ang pangunahing mekanismo ay medyo katulad ng PN junction, na kumukuha ng N-type semiconductors bilang isang halimbawa, kapag ang dalawang materyales ay bumubuo ng contact, dahil sa magkaibang mga konsentrasyon ng elektron ng dalawang materyales, ang mga electron sa semiconductor ay magkakalat sa gilid ng metal. Ang mga diffused electron ay patuloy na nag-iipon sa isang dulo ng metal, kaya sinisira ang orihinal na elektrikal na neutralidad ng metal, na bumubuo ng isang built-in na electric field mula sa semiconductor hanggang sa metal sa ibabaw ng contact, at ang mga electron ay maaanod sa ilalim ng pagkilos ng panloob na electric field, at ang diffusion at drift motion ng carrier ay isasagawa nang sabay-sabay, pagkatapos ng isang yugto ng panahon upang maabot ang dynamic na equilibrium, at sa wakas ay bubuo ng Schottky junction. Sa ilalim ng magaan na kondisyon, ang rehiyon ng barrier ay direktang sumisipsip ng liwanag at bumubuo ng mga pares ng electron-hole, habang ang mga photogenerated na carrier sa loob ng PN junction ay kailangang dumaan sa diffusion region upang maabot ang junction region. Kung ikukumpara sa PN junction, ang photodetector batay sa Schottky junction ay may mas mabilis na bilis ng pagtugon, at ang bilis ng pagtugon ay maaaring umabot pa sa antas ng ns.