Tipe dariperangkat fotodetektorstruktur
Fotodetektoradalah perangkat yang mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik, struktur dan variasinya, dapat dibagi menjadi beberapa kategori utama berikut:
(1) Fotodetektor fotokonduktif
Ketika perangkat fotokonduktif terkena cahaya, pembawa foto yang dihasilkan meningkatkan konduktivitasnya dan menurunkan resistansinya. Pembawa yang tereksitasi pada suhu ruangan bergerak secara terarah di bawah aksi medan listrik, sehingga menghasilkan arus. Di bawah kondisi cahaya, elektron tereksitasi dan transisi terjadi. Pada saat yang sama, mereka melayang di bawah aksi medan listrik untuk membentuk arus foto. Pembawa foto yang dihasilkan meningkatkan konduktivitas perangkat dan dengan demikian mengurangi resistansi. Fotodetektor fotokonduktif biasanya menunjukkan penguatan tinggi dan responsivitas yang hebat dalam kinerja, tetapi mereka tidak dapat merespons sinyal optik frekuensi tinggi, sehingga kecepatan responsnya lambat, yang membatasi penerapan perangkat fotokonduktif dalam beberapa aspek.
(2)Fotodetektor PN
Fotodetektor PN dibentuk oleh kontak antara bahan semikonduktor tipe-P dan bahan semikonduktor tipe-N. Sebelum kontak terbentuk, kedua bahan berada dalam keadaan terpisah. Level Fermi dalam semikonduktor tipe-P dekat dengan tepi pita valensi, sedangkan level Fermi dalam semikonduktor tipe-N dekat dengan tepi pita konduksi. Pada saat yang sama, level Fermi bahan tipe-N di tepi pita konduksi terus bergeser ke bawah hingga level Fermi kedua bahan berada pada posisi yang sama. Perubahan posisi pita konduksi dan pita valensi juga disertai dengan pembengkokan pita. Sambungan PN berada dalam kesetimbangan dan memiliki level 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 material bersentuhan, karena perbedaan konsentrasi pembawa muatan, elektron dalam material tipe-N akan berdifusi ke tipe-P, sedangkan elektron dalam material tipe-N akan berdifusi ke arah yang berlawanan dengan lubang. Area yang tidak terkompensasi yang ditinggalkan oleh difusi elektron dan lubang akan membentuk medan listrik bawaan, dan medan listrik bawaan akan memicu pergeseran pembawa muatan, dan arah pergeseran tersebut berlawanan dengan arah difusi, yang berarti bahwa pembentukan medan listrik bawaan mencegah difusi pembawa muatan, dan terdapat difusi dan pergeseran di dalam sambungan PN hingga kedua jenis gerakan tersebut seimbang, sehingga aliran pembawa muatan statis menjadi nol. Keseimbangan dinamis internal.
Ketika sambungan PN terkena radiasi cahaya, energi foton ditransfer ke pembawa, dan pembawa yang difoto, yaitu pasangan elektron-lubang yang difoto, dihasilkan. Di bawah aksi medan listrik, elektron dan lubang bergerak ke daerah N dan daerah P, dan gerakan searah pembawa yang difoto menghasilkan arus foto. Ini adalah prinsip dasar fotodetektor sambungan PN.
(3)Fotodetektor PIN
Fotodioda pin merupakan material tipe-P dan material tipe-N di antara lapisan I, lapisan I dari material tersebut umumnya merupakan material intrinsik atau doping rendah. Mekanisme kerjanya mirip dengan sambungan PN, ketika sambungan PIN terkena radiasi cahaya, foton mentransfer energi ke elektron, menghasilkan pembawa muatan fotogenerasi, dan medan listrik internal atau medan listrik eksternal akan memisahkan pasangan elektron-lubang fotogenerasi di lapisan penipisan, dan pembawa muatan yang melayang akan membentuk arus di sirkuit eksternal. Peran yang dimainkan oleh lapisan I adalah untuk memperluas lebar lapisan penipisan, dan lapisan I akan sepenuhnya menjadi lapisan penipisan di bawah tegangan bias yang besar, dan pasangan elektron-lubang yang dihasilkan akan dipisahkan dengan cepat, sehingga kecepatan respons fotodetektor sambungan PIN umumnya lebih cepat daripada detektor sambungan PN. Pembawa 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)Fotodetektor APDfotodioda longsor
Mekanisme darifotodioda longsormirip dengan sambungan PN. Fotodetektor APD menggunakan sambungan PN yang sangat terdoping, tegangan operasi berdasarkan deteksi APD besar, dan ketika bias balik yang besar ditambahkan, ionisasi tumbukan dan perkalian longsoran akan terjadi di dalam APD, dan kinerja detektor meningkat arus foto. Ketika APD berada dalam mode bias balik, medan listrik di lapisan penipisan akan sangat kuat, dan pembawa foto yang dihasilkan oleh cahaya akan cepat terpisah dan cepat melayang di bawah aksi medan listrik. Ada kemungkinan elektron akan menabrak kisi selama proses ini, menyebabkan elektron dalam kisi terionisasi. Proses ini diulang, dan ion terionisasi dalam kisi juga bertabrakan dengan kisi, menyebabkan jumlah pembawa muatan di APD meningkat, menghasilkan arus yang besar. Mekanisme fisik unik di dalam APD inilah yang membuat detektor berbasis APD umumnya memiliki karakteristik kecepatan respons cepat, perolehan nilai arus besar, dan sensitivitas tinggi. Dibandingkan dengan sambungan PN dan sambungan PIN, APD memiliki kecepatan respons yang lebih cepat, yang merupakan kecepatan respons tercepat di antara tabung fotosensitif saat ini.
(5) Fotodetektor sambungan Schottky
Struktur dasar fotodetektor sambungan Schottky adalah dioda Schottky, yang karakteristik listriknya mirip dengan sambungan PN yang dijelaskan di atas, dan memiliki konduktivitas searah dengan konduksi positif dan pemutusan terbalik. Ketika logam dengan fungsi kerja tinggi dan semikonduktor dengan fungsi kerja rendah membentuk kontak, penghalang Schottky terbentuk, dan sambungan yang dihasilkan adalah sambungan Schottky. Mekanisme utamanya agak mirip dengan sambungan PN, dengan mengambil semikonduktor tipe-N sebagai contoh, ketika dua bahan membentuk kontak, karena konsentrasi elektron yang berbeda dari kedua bahan tersebut, elektron dalam semikonduktor akan berdifusi ke sisi logam. Elektron yang terdifusi terakumulasi secara terus-menerus di salah satu ujung logam, sehingga merusak kenetralan listrik asli logam, membentuk medan listrik bawaan dari semikonduktor ke logam pada permukaan kontak, dan elektron akan melayang di bawah aksi medan listrik internal, dan gerakan difusi dan melayang pembawa akan dilakukan secara bersamaan, setelah jangka waktu tertentu untuk mencapai keseimbangan dinamis, dan akhirnya membentuk sambungan Schottky. Dalam kondisi cahaya, wilayah penghalang secara langsung menyerap cahaya dan menghasilkan pasangan elektron-lubang, sedangkan pembawa yang dihasilkan foto di dalam sambungan PN perlu melewati wilayah difusi untuk mencapai wilayah sambungan. Dibandingkan dengan sambungan PN, fotodetektor berdasarkan sambungan Schottky memiliki kecepatan respons yang lebih cepat, dan kecepatan respons bahkan dapat mencapai level ns.
Waktu posting: 13-Agu-2024