Jenisperangkat fotodetektorstruktur
Fotodetektoradalah perangkat yang mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik, struktur dan variasinya, dapat dibagi menjadi beberapa kategori berikut:
(1) Fotodetektor fotokonduktif
Ketika perangkat fotokonduktif terkena cahaya, pembawa fotogenerasi meningkatkan konduktivitasnya dan menurunkan resistansinya. Pembawa yang tereksitasi pada suhu kamar bergerak terarah di bawah aksi medan listrik, sehingga menghasilkan arus. Dalam kondisi cahaya, elektron tereksitasi dan terjadi transisi. Pada saat yang sama, mereka melayang di bawah pengaruh medan listrik untuk membentuk arus foto. Pembawa fotogenerasi yang dihasilkan meningkatkan konduktivitas perangkat dan dengan demikian mengurangi resistensi. Fotodetektor fotokonduktif biasanya menunjukkan gain yang tinggi dan kinerja yang sangat responsif, 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 terjadi kontak, kedua bahan tersebut berada dalam keadaan terpisah. Level Fermi pada semikonduktor tipe P dekat dengan tepi pita valensi, sedangkan level Fermi pada semikonduktor tipe N dekat dengan tepi pita konduksi. Pada saat yang sama, level Fermi material tipe-N di tepi pita konduksi terus menerus digeser ke bawah hingga level Fermi kedua material berada pada posisi yang sama. Perubahan posisi pita konduksi dan pita valensi juga disertai dengan pembengkokan pita. Persimpangan PN berada dalam kesetimbangan dan memiliki tingkat Fermi yang seragam. Dari aspek analisis pembawa muatan, sebagian besar pembawa muatan pada material tipe P adalah lubang, sedangkan sebagian besar pembawa muatan pada material tipe N adalah elektron. Ketika kedua bahan bersentuhan, karena perbedaan konsentrasi pembawa, elektron pada bahan tipe N akan berdifusi ke tipe P, sedangkan elektron pada bahan tipe N akan berdifusi berlawanan arah dengan lubang. Area tak terkompensasi yang ditinggalkan oleh difusi elektron dan lubang akan membentuk medan listrik bawaan, dan medan listrik bawaan tersebut akan membuat tren penyimpangan pembawa, dan arah penyimpangannya berlawanan dengan arah difusi, yang berarti bahwa pembentukan medan listrik internal mencegah difusi pembawa, dan terjadi difusi dan penyimpangan di dalam sambungan PN hingga kedua jenis gerakan tersebut seimbang, sehingga aliran pembawa statis menjadi nol. Keseimbangan dinamis internal.
Ketika sambungan PN terkena radiasi cahaya, energi foton ditransfer ke pembawa, dan pembawa yang terfotogenerasi, yaitu pasangan lubang elektron yang terfotogenerasi, dihasilkan. Di bawah aksi medan listrik, elektron dan lubang masing-masing melayang ke wilayah N dan wilayah P, dan penyimpangan terarah dari pembawa fotogenerasi menghasilkan arus foto. Ini adalah prinsip dasar fotodetektor persimpangan PN.
(3)Fotodetektor PIN
Pin fotodioda merupakan material tipe P dan material tipe N di antara lapisan I, material lapisan I 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 lubang elektron yang difotogenerasi. berpasangan 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 lubang elektron yang dihasilkan akan dipisahkan dengan cepat, sehingga kecepatan respons dari lapisan penipisan akan meningkat. Fotodetektor sambungan PIN umumnya lebih cepat dibandingkan dengan 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 respon detektor.
(4)Fotodetektor APDfotodioda longsoran salju
Mekanisme darifotodioda longsoran saljumirip dengan persimpangan PN. Fotodetektor APD menggunakan persimpangan PN yang sangat didoping, tegangan operasi berdasarkan deteksi APD besar, dan ketika bias balik yang besar ditambahkan, ionisasi tumbukan dan penggandaan longsoran akan terjadi di dalam APD, dan kinerja detektor meningkat arus foto. 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 elektron akan bertabrakan dengan kisi selama proses ini, menyebabkan elektron dalam kisi terionisasi. Proses ini berulang, dan ion terionisasi dalam kisi juga bertabrakan dengan kisi, menyebabkan jumlah pembawa muatan di APD meningkat, sehingga menghasilkan arus yang besar. Mekanisme fisik unik di dalam APD inilah yang membuat detektor berbasis APD umumnya memiliki karakteristik kecepatan respons yang cepat, penguatan nilai arus yang besar, dan sensitivitas yang 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 persimpangan Schottky
Struktur dasar fotodetektor sambungan Schottky adalah dioda Schottky, yang karakteristik kelistrikannya 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 contoh semikonduktor tipe N, ketika dua bahan membentuk kontak, karena perbedaan konsentrasi elektron kedua bahan tersebut, elektron dalam semikonduktor akan berdifusi ke sisi logam. Elektron yang tersebar terakumulasi terus menerus di salah satu ujung logam, sehingga merusak netralitas listrik asli logam, membentuk medan listrik bawaan dari semikonduktor ke logam pada permukaan kontak, dan elektron akan melayang di bawah aksi logam. medan listrik internal, dan gerakan difusi dan drift pembawa akan dilakukan secara bersamaan, setelah jangka waktu tertentu mencapai kesetimbangan dinamis, dan akhirnya membentuk persimpangan Schottky. Dalam kondisi cahaya, daerah penghalang secara langsung menyerap cahaya dan menghasilkan pasangan lubang elektron, sedangkan pembawa fotogenerasi di dalam sambungan PN harus melewati daerah difusi untuk mencapai daerah persimpangan. Dibandingkan dengan persimpangan PN, fotodetektor berdasarkan persimpangan Schottky memiliki kecepatan respons yang lebih cepat, dan kecepatan respons bahkan dapat mencapai level ns.
Waktu posting: 13 Agustus-2024