Aart vun der Struktur vum Photodetektor-Apparat

Typ vunFotodetektor-ApparatStruktur
Fotodetektorass en Apparat, deen en optescht Signal an en elektrescht Signal ëmwandelt, seng Struktur a Varietéit kënnen haaptsächlech an déi folgend Kategorien agedeelt ginn:
(1) Photokonduktiven Photodetektor
Wann photoleitend Apparater dem Liicht ausgesat sinn, erhéicht den photogeneréierten Träger seng Konduktivitéit a reduzéiert säi Widderstand. D'Träger, déi bei Raumtemperatur ugehuewe ginn, beweege sech ënner der Aktioun vun engem elektresche Feld a Richtung a generéieren doduerch e Stroum. Ënner der Bedingung vum Liicht ginn d'Elektronen ugehuewen an et geschitt eng Transitioun. Gläichzäiteg dreiwe se ënner der Aktioun vun engem elektresche Feld a bilden e Photostroum. Déi resultéierend photogeneréiert Träger erhéijen d'Konduktivitéit vum Apparat a reduzéieren doduerch de Widderstand. Photoleitend Photodetektoren weisen normalerweis en héije Gewënn an eng grouss Reaktiounsfäegkeet an der Leeschtung, awer si kënnen net op héichfrequent optesch Signaler reagéieren, sou datt d'Reaktiounsgeschwindegkeet lues ass, wat d'Uwendung vu photoleitenden Apparater a verschiddenen Aspekter limitéiert.

(2)PN-Fotodetektor
E PN-Fotodetektor gëtt duerch de Kontakt tëscht engem P-Typ Hallefleedermaterial an engem N-Typ Hallefleedermaterial geformt. Ier de Kontakt geformt gëtt, sinn déi zwee Materialien an engem getrennten Zoustand. De Fermi-Niveau am P-Typ Hallefleeder ass no beim Rand vum Valenzband, während de Fermi-Niveau am N-Typ Hallefleeder no beim Rand vum Leetungsband ass. Gläichzäiteg gëtt de Fermi-Niveau vum N-Typ Material um Rand vum Leetungsband kontinuéierlech no ënnen verréckelt, bis de Fermi-Niveau vun den zwee Materialien an der selwechter Positioun ass. D'Ännerung vun der Positioun vum Leetungsband an dem Valenzband gëtt och vun der Béiung vum Band begleet. D'PN-Iwwergank ass am Gläichgewiicht an huet e uniforme Fermi-Niveau. Aus der Siicht vun der Ladungsträgeranalyse sinn déi meescht Ladungsträger a P-Typ Materialien Lächer, während déi meescht Ladungsträger an N-Typ Materialien Elektronen sinn. Wann déi zwee Materialien a Kontakt sinn, diffundéieren d'Elektronen an N-Typ Materialien wéinst dem Ënnerscheed an der Trägerkonzentratioun op P-Typ, während d'Elektronen an N-Typ Materialien an déi entgéintgesate Richtung zu de Lächer diffundéieren. Déi onkompenséiert Fläch, déi duerch d'Diffusioun vun Elektronen a Lächer bleift, bildt en agebauten elektrescht Feld, an dat agebauten elektrescht Feld wäert zu enger Trägerdrift féieren, an d'Richtung vun der Drift ass genau géint d'Richtung vun der Diffusioun, dat heescht, datt d'Bildung vum agebauten elektresche Feld d'Diffusioun vun Träger verhënnert, an et gëtt souwuel Diffusioun wéi och Drift an der PN-Jerngang, bis déi zwou Aarte vu Bewegung ausgeglach sinn, sou datt de statesche Trägerfloss Null ass. Intern dynamescht Gläichgewiicht.
Wann d'PN-Jüngung Liichtstralung ausgesat ass, gëtt d'Energie vum Photon op den Träger iwwerdroen, an den photogeneréierten Träger, dat heescht dat photogeneréiert Elektron-Lach-Paar, gëtt generéiert. Ënnert der Wierkung vum elektresche Feld driften den Elektron an d'Lach an d'N-Regioun respektiv d'P-Regioun, an d'richtungsweis Drift vum photogeneréierten Träger generéiert e Photostroum. Dëst ass de Grondprinzip vum PN-Jüngungs-Fotodetektor.

(3)PIN-Fotodetektor
D'Pin-Photodiod ass e Material vum P-Typ an en N-Typ Material tëscht der I-Schicht. D'I-Schicht vum Material ass am Allgemengen en intrinsescht oder niddereg-dotiert Material. Säi Funktionsmechanismus ass ähnlech wéi bei der PN-Verbindung. Wann d'PIN-Verbindung Liichtstralung ausgesat ass, transferéiert de Photon Energie un den Elektron, wouduerch photogeneréiert Ladungsträger entstinn. Dat internt elektrescht Feld oder dat externt elektrescht Feld trennt déi photogeneréiert Elektron-Lach-Pairen an der Ofbauschicht. Déi ofgedriwwe Ladungsträger bilden e Stroum am externen Circuit. D'Roll vun der Schicht I ass et, d'Breet vun der Ofbauschicht ze vergréisseren. D'Schicht I gëtt ënner enger grousser Virspannung komplett zur Ofbauschicht. Déi generéiert Elektron-Lach-Pairen trennen sech séier. Dofir ass d'Äntwertgeschwindegkeet vum PIN-Verbindungs-Fotodetektor am Allgemengen méi séier wéi déi vum PN-Verbindungsdetektor. Ladungsträger ausserhalb vun der I-Schicht ginn och vun der Ofbauschicht duerch Diffusiounsbewegung gesammelt a bilden en Diffusiounsstroum. D'Dicke vun der I-Schicht ass am Allgemengen ganz dënn, an hiren Zweck ass et, d'Äntwertgeschwindegkeet vum Detektor ze verbesseren.

(4)APD-FotodetektorLawinen-Fotodiod
De Mechanismus vunLawinen-Fotodiodass ähnlech wéi déi vun der PN-Verbindung. Den APD-Fotodetektor benotzt eng staark dotiert PN-Verbindung, d'Betribsspannung baséiert op der APD-Detektioun ass grouss, a wann eng grouss Réckwärtsvirspannung bäigefüügt gëtt, trieden Kollisiounsioniséierung a Lawinenmultiplikatioun an der APD op, an d'Leeschtung vum Detektor erhéicht de Photostroum. Wann d'APD am Réckwärtsvirspannungsmodus ass, ass dat elektrescht Feld an der Ofbauschicht ganz staark, an déi photogeneréiert Ladungsträger, déi vum Liicht generéiert ginn, ginn séier getrennt a séier ënner der Aktioun vum elektresche Feld driften. Et besteet d'Wahrscheinlechkeet, datt Elektronen während dësem Prozess géint d'Gitter stoussen, wouduerch d'Elektronen am Gitter ioniséiert ginn. Dëse Prozess widderhëlt sech, an déi ioniséiert Ionen am Gitter kollidéieren och mam Gitter, wouduerch d'Zuel vun de Ladungsträger an der APD eropgeet, wat zu engem grousse Stroum féiert. Et ass dëse spezielle physikalesche Mechanismus an der APD, deen APD-baséiert Detektoren allgemeng d'Charakteristike vun enger schneller Reaktiounsgeschwindegkeet, engem grousse Stroumgewënn an enger héijer Empfindlechkeet huet. Am Verglach mat der PN-Verbindung an der PIN-Verbindung huet d'APD eng méi séier Reaktiounsgeschwindegkeet, wat déi schnellst Reaktiounsgeschwindegkeet ënner den aktuellen photosensitive Réier ass.

(5) Schottky-Verbindungs-Fotodetektor
Déi grondleeënd Struktur vum Schottky-Junction-Fotodetektor ass eng Schottky-Diod, där hir elektresch Charakteristiken ähnlech wéi déi vun der uewe beschriwwener PN-Junction sinn, an et huet eng unidirektional Konduktivitéit mat positiver Konduktivitéit an enger Réckwärtsofgrenzung. Wann e Metall mat enger héijer Aarbechtsfunktioun an en Hallefleeder mat enger gerénger Aarbechtsfunktioun Kontakt bilden, gëtt eng Schottky-Barrière geformt, an déi resultéierend Junction ass eng Schottky-Junction. Den Haaptmechanismus ass e bëssen ähnlech wéi d'PN-Junction, wann een zum Beispill N-Typ Hallefleeder hëlt: Wann zwee Materialien Kontakt bilden, diffundéieren d'Elektronen am Hallefleeder wéinst den ënnerschiddlechen Elektronekonzentratioune vun den zwee Materialien op d'Metallsäit. Déi diffus Elektronen sammelen sech kontinuéierlech op engem Enn vum Metall a zerstéieren doduerch déi ursprénglech elektresch Neutralitéit vum Metall, wouduerch en agebauten elektrescht Feld vum Hallefleeder zum Metall op der Kontaktuewerfläch entsteet, an d'Elektronen driften ënner der Aktioun vum internen elektresche Feld, an d'Diffusiouns- an Driftbewegung vum Träger ginn gläichzäiteg duerchgefouert, no enger Zäitperiod fir en dynamescht Gläichgewiicht z'erreechen, a schliisslech eng Schottky-Junction ze bilden. Ënner Liichtbedingungen absorbéiert d'Barrièreregioun direkt Liicht a generéiert Elektron-Lach-Pairen, während déi photogeneréiert Ladungsträger an der PN-Jernbane duerch d'Diffusiounsregioun musse goen, fir d'Jernbaneregioun z'erreechen. Am Verglach mat der PN-Jernbane huet de Photodetektor, deen op der Schottky-Jernbane baséiert ass, eng méi séier Reaktiounsgeschwindegkeet, an d'Reaktiounsgeschwindegkeet kann souguer den ns-Niveau erreechen.