Jenisperangkat fotodetektorstruktur
Photodetectoradalah perangkat yang mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik, struktur dan varietasnya, dapat dibagi secara terutama menjadi kategori berikut:
(1) Fotodetektor fotokonduktif
Ketika perangkat fotokonduktif terpapar cahaya, pembawa fotogenerasi meningkatkan konduktivitasnya dan mengurangi resistensi mereka. Operator yang bersemangat pada suhu kamar bergerak dengan arah terarah di bawah aksi medan listrik, sehingga menghasilkan arus. Di bawah kondisi cahaya, elektron bersemangat dan transisi terjadi. Pada saat yang sama, mereka melayang di bawah aksi medan listrik untuk membentuk arus pemotretan. Operator fotogenerasi yang dihasilkan meningkatkan konduktivitas perangkat dan dengan demikian mengurangi resistensi. Fotodetektor fotokonduktif biasanya menunjukkan gain tinggi dan responsif besar dalam kinerja, tetapi mereka tidak dapat menanggapi sinyal optik frekuensi tinggi, sehingga kecepatan responsnya lambat, yang membatasi penerapan perangkat fotokonduktif dalam beberapa aspek.
(2)Photodetector PN
Fotodetektor PN dibentuk oleh kontak antara bahan semikonduktor tipe-p dan bahan semikonduktor tipe-N. Sebelum kontak terbentuk, kedua bahan tersebut berada dalam keadaan terpisah. Tingkat Fermi dalam semikonduktor tipe-P dekat dengan tepi pita valensi, sedangkan tingkat Fermi dalam semikonduktor tipe-N dekat dengan tepi pita konduksi. Pada saat yang sama, tingkat Fermi dari bahan tipe-N di tepi pita konduksi terus bergeser ke bawah sampai tingkat Fermi dari kedua bahan berada di posisi yang sama. Perubahan posisi pita konduksi dan pita valensi juga disertai dengan pembengkokan pita. Persimpangan PN berada dalam keseimbangan dan memiliki tingkat Fermi yang seragam. Dari aspek analisis pembawa muatan, sebagian besar pembawa muatan dalam bahan tipe-p adalah lubang, sedangkan sebagian besar pembawa muatan dalam bahan tipe-n adalah elektron. Ketika kedua bahan bersentuhan, karena perbedaan konsentrasi pembawa, elektron dalam bahan tipe-N akan berdifusi ke tipe-p, sedangkan elektron dalam bahan tipe-N akan berdifusi dalam arah yang berlawanan ke lubang. Area tanpa kompensasi yang ditinggalkan oleh difusi elektron dan lubang akan membentuk medan listrik bawaan, dan medan listrik bawaan akan tren pembawa melayang, dan arah drift hanya berlawanan dengan arah difusi, yang berarti bahwa pembentukan aliran elektrik. Keseimbangan dinamis internal.
Ketika persimpangan PN terpapar radiasi cahaya, energi foton ditransfer ke pembawa, dan pembawa fotogenerasi, yaitu, pasangan lubang elektron yang dipotret, dihasilkan. Di bawah aksi medan listrik, elektron dan lubang melayang ke wilayah N dan wilayah P masing -masing, dan penyimpangan terarah dari pembawa yang difotogenerasi menghasilkan arus photocurrent. Ini adalah prinsip dasar photodetector PN Junction.
(3)Pin fotodetector
Fotodioda PIN adalah bahan tipe-P dan bahan tipe-N antara lapisan I, lapisan I dari bahan umumnya merupakan bahan intrinsik atau doping rendah. Mekanisme kerjanya mirip dengan persimpangan PN, ketika persimpangan pin terpapar radiasi cahaya, foton mentransfer energi ke elektron, menghasilkan pembawa muatan fotogenerasi, dan medan listrik internal atau medan listrik eksternal akan memisahkan pasangan lubang elektron yang difotogenasi di lapisan penipisan, dan pengangkut muatan yang melayang akan membentuk a-hole di dalam lapisan eksternal. Peran yang dimainkan oleh Layer I adalah untuk memperluas lebar lapisan penipisan, dan lapisan I akan sepenuhnya menjadi lapisan penipisan di bawah tegangan bias yang besar, dan pasangan lubang elektron yang dihasilkan akan dipisahkan dengan cepat, sehingga kecepatan respons fotodetektor persimpangan pin umumnya lebih cepat daripada detektor persimpangan PN. Operator di luar lapisan I juga dikumpulkan oleh lapisan penipisan melalui gerakan difusi, membentuk arus difusi. Ketebalan lapisan I umumnya sangat tipis, dan tujuannya adalah untuk meningkatkan kecepatan respons detektor.
(4)APD PhotodetectorFotodiode Longsor
MekanismeFotodiode Longsormirip dengan persimpangan PN. APD Photodetector menggunakan persimpangan PN yang sangat didoping, tegangan operasi yang didasarkan pada deteksi APD besar, dan ketika bias terbalik yang besar ditambahkan, ionisasi tabrakan dan perkalian longsoran akan terjadi di dalam APD, dan kinerja detektor ditingkatkan photocurrent. Ketika APD berada dalam mode bias terbalik, medan listrik di lapisan penipisan akan sangat kuat, dan pembawa fotogenerasi yang dihasilkan oleh cahaya akan dengan cepat dipisahkan dan dengan cepat melayang di bawah aksi medan listrik. Ada kemungkinan bahwa elektron akan menabrak kisi selama proses ini, menyebabkan elektron dalam kisi terionisasi. Proses ini diulangi, dan ion terionisasi di kisi juga bertabrakan dengan kisi, menyebabkan jumlah pembawa muatan dalam APD meningkat, menghasilkan arus yang besar. Ini adalah mekanisme fisik yang unik di dalam APD bahwa detektor berbasis APD umumnya memiliki karakteristik kecepatan respons cepat, kenaikan nilai saat ini yang besar dan sensitivitas tinggi. Dibandingkan dengan persimpangan PN dan persimpangan pin, APD memiliki kecepatan respons yang lebih cepat, yang merupakan kecepatan respons tercepat di antara tabung fotosensitif saat ini.
(5) Schottky Junction Photodetector
Struktur dasar fotodetektor persimpangan Schottky adalah dioda Schottky, yang karakteristik listriknya mirip dengan persimpangan PN yang dijelaskan di atas, dan memiliki konduktivitas searah dengan konduksi positif dan cut-off terbalik. Ketika logam dengan fungsi kerja tinggi dan semikonduktor dengan kontak bentuk fungsi kerja rendah, penghalang Schottky terbentuk, dan persimpangan yang dihasilkan adalah persimpangan Schottky. Mekanisme utama agak mirip dengan persimpangan PN, mengambil semikonduktor tipe-N sebagai contoh, ketika dua bahan membentuk kontak, karena konsentrasi elektron yang berbeda dari dua bahan, elektron dalam semikonduktor akan berdifusi ke sisi logam. Elektron yang tersebar menumpuk terus menerus di salah satu ujung logam, sehingga menghancurkan netralitas listrik asli dari logam, membentuk medan listrik bawaan dari semikonduktor ke logam pada permukaan kontak, dan elektron akan melayang di bawah aksi medan listrik, dan waktu difusi dan penyimpangan pembawa akan dibawa dengan surut, setelah periode, setelah periode, dan difusi pembawa dan gerak penyimpangan akan dibawa dengan surut, setelah periode, setelah periode, dan difusi pembawa dan drift akan dibawa dengan surut, setelah periode, setelah periode, setelah periode-periode. Dalam kondisi cahaya, daerah penghalang secara langsung menyerap cahaya dan menghasilkan pasangan lubang elektron, sedangkan pembawa fotogenerasi di dalam persimpangan PN perlu melewati daerah difusi untuk mencapai daerah persimpangan. Dibandingkan dengan PN Junction, fotodetektor berdasarkan Schottky Junction memiliki kecepatan respons yang lebih cepat, dan kecepatan respons bahkan dapat mencapai tingkat NS.
Waktu posting: Agustus-2024