Τύπος δομής συσκευής φωτοανιχνευτή

Τύποςσυσκευή φωτοανιχνευτήδομή
Φωτοανιχνευτήςείναι μια συσκευή που μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα, η δομή και η ποικιλία του, μπορούν να χωριστούν κυρίως στις ακόλουθες κατηγορίες:
(1) Φωτοαγώγιμος φωτοανιχνευτής
Όταν οι φωτοαγώγιμες συσκευές εκτίθενται στο φως, ο φωτοπαραγόμενος φορέας αυξάνει την αγωγιμότητά τους και μειώνει την αντίστασή τους. Οι φορείς που διεγείρονται σε θερμοκρασία δωματίου κινούνται με κατευθυντικό τρόπο υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, δημιουργώντας έτσι ρεύμα. Υπό τις συνθήκες του φωτός, τα ηλεκτρόνια διεγείρονται και συμβαίνει μετάβαση. Ταυτόχρονα, παρασύρονται υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου για να σχηματίσουν ένα φωτορεύμα. Οι φωτογενείς φορείς που προκύπτουν αυξάνουν την αγωγιμότητα της συσκευής και έτσι μειώνουν την αντίσταση. Οι φωτοαγώγιμοι φωτοανιχνευτές συνήθως δείχνουν υψηλό κέρδος και μεγάλη απόκριση στην απόδοση, αλλά δεν μπορούν να ανταποκριθούν σε οπτικά σήματα υψηλής συχνότητας, επομένως η ταχύτητα απόκρισης είναι αργή, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή φωτοαγώγιμων συσκευών σε ορισμένες πτυχές.

(2)Φωτοανιχνευτής PN
Ο φωτοανιχνευτής PN σχηματίζεται από την επαφή μεταξύ ημιαγώγιμου υλικού τύπου Ρ και υλικού ημιαγωγού τύπου Ν. Πριν σχηματιστεί η επαφή, τα δύο υλικά βρίσκονται σε ξεχωριστή κατάσταση. Το επίπεδο Fermi σε ημιαγωγούς τύπου P είναι κοντά στην άκρη της ζώνης σθένους, ενώ το επίπεδο Fermi σε ημιαγωγούς τύπου Ν είναι κοντά στην άκρη της ζώνης αγωγιμότητας. Ταυτόχρονα, το επίπεδο Fermi του υλικού τύπου Ν στην άκρη της ζώνης αγωγιμότητας μετατοπίζεται συνεχώς προς τα κάτω έως ότου το επίπεδο Fermi των δύο υλικών βρίσκεται στην ίδια θέση. Η αλλαγή της θέσης ζώνης αγωγιμότητας και ζώνης σθένους συνοδεύεται επίσης από κάμψη της ταινίας. Η διασταύρωση PN βρίσκεται σε ισορροπία και έχει ομοιόμορφο επίπεδο Fermi. Από την άποψη της ανάλυσης φορέων φορτίου, οι περισσότεροι από τους φορείς φορτίου σε υλικά τύπου P είναι οπές, ενώ οι περισσότεροι από τους φορείς φορτίου σε υλικά τύπου Ν είναι ηλεκτρόνια. Όταν τα δύο υλικά βρίσκονται σε επαφή, λόγω της διαφοράς στη συγκέντρωση του φορέα, τα ηλεκτρόνια σε υλικά τύπου Ν θα διαχέονται στον τύπο Ρ, ενώ τα ηλεκτρόνια σε υλικά τύπου Ν θα διαχέονται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τις οπές. Η μη αντισταθμισμένη περιοχή που αφήνεται από τη διάχυση ηλεκτρονίων και οπών θα σχηματίσει ένα ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο και το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο θα έχει τάση μετατόπισης του φορέα και η κατεύθυνση της ολίσθησης είναι ακριβώς αντίθετη από την κατεύθυνση της διάχυσης, πράγμα που σημαίνει ότι Ο σχηματισμός του ενσωματωμένου ηλεκτρικού πεδίου εμποδίζει τη διάχυση των φορέων, και υπάρχουν και διάχυση και μετατόπιση μέσα στη διασταύρωση PN μέχρι να εξισορροπηθούν τα δύο είδη κίνησης, έτσι ώστε η ροή στατικού φορέα να μηδενίζεται. Εσωτερική δυναμική ισορροπία.
Όταν η διασταύρωση PN εκτίθεται σε ακτινοβολία φωτός, η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται στον φορέα και δημιουργείται ο φωτοπαραγόμενος φορέας, δηλαδή το φωτοπαραγόμενο ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής. Κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου, το ηλεκτρόνιο και η οπή μετατοπίζονται στην περιοχή N και στην περιοχή P αντίστοιχα, και η κατευθυντική μετατόπιση του φωτοπαραγόμενου φορέα δημιουργεί φωτορεύμα. Αυτή είναι η βασική αρχή του φωτοανιχνευτή διασταύρωσης PN.

(3)Φωτοανιχνευτής PIN
Η φωτοδίοδος καρφίτσας είναι υλικό τύπου Ρ και υλικό τύπου Ν μεταξύ του στρώματος Ι, το στρώμα Ι του υλικού είναι γενικά ένα εγγενές υλικό ή υλικό χαμηλού ντόπινγκ. Ο μηχανισμός λειτουργίας του είναι παρόμοιος με τη διασταύρωση PN, όταν η διασταύρωση PIN εκτίθεται σε ακτινοβολία φωτός, το φωτόνιο μεταφέρει ενέργεια στο ηλεκτρόνιο, δημιουργώντας φωτοπαραγόμενους φορείς φορτίου και το εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο ή το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο θα διαχωρίσει τη φωτογενή ηλεκτρόνια-οπή ζεύγη στο στρώμα εξάντλησης και οι μεταφερόμενοι φορείς φορτίου θα σχηματίσουν ένα ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα. Ο ρόλος που παίζει το στρώμα I είναι να επεκτείνει το πλάτος του στρώματος εξάντλησης και το στρώμα I θα γίνει εντελώς το στρώμα εξάντλησης κάτω από μια μεγάλη τάση πόλωσης και τα δημιουργούμενα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών θα διαχωριστούν γρήγορα, έτσι η ταχύτητα απόκρισης του Ο φωτοανιχνευτής σύνδεσης PIN είναι γενικά ταχύτερος από αυτόν του ανιχνευτή διασταύρωσης PN. Οι φορείς έξω από το στρώμα I συλλέγονται επίσης από το στρώμα εξάντλησης μέσω της κίνησης διάχυσης, σχηματίζοντας ένα ρεύμα διάχυσης. Το πάχος του στρώματος I είναι γενικά πολύ λεπτό και σκοπός του είναι να βελτιώσει την ταχύτητα απόκρισης του ανιχνευτή.

(4)Φωτοανιχνευτής APDφωτοδίοδος χιονοστιβάδας
Ο μηχανισμός τουφωτοδίοδος χιονοστιβάδαςείναι παρόμοια με αυτή της διασταύρωσης PN. Ο φωτοανιχνευτής APD χρησιμοποιεί βαριά ντοπαρισμένη διασταύρωση PN, η τάση λειτουργίας που βασίζεται στην ανίχνευση APD είναι μεγάλη και όταν προστεθεί μεγάλη αντίστροφη πόλωση, ιονισμός σύγκρουσης και πολλαπλασιασμός χιονοστιβάδων θα προκύψουν μέσα στο APD και η απόδοση του ανιχνευτή είναι αυξημένο φωτορεύμα. Όταν το APD βρίσκεται σε λειτουργία αντίστροφης πόλωσης, το ηλεκτρικό πεδίο στο στρώμα εξάντλησης θα είναι πολύ ισχυρό και οι φωτοπαραγόμενοι φορείς που παράγονται από το φως θα διαχωρίζονται γρήγορα και θα μετακινούνται γρήγορα υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου. Υπάρχει μια πιθανότητα τα ηλεκτρόνια να προσκρούσουν στο πλέγμα κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, προκαλώντας τον ιονισμό των ηλεκτρονίων στο πλέγμα. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται και τα ιονισμένα ιόντα στο πλέγμα συγκρούονται επίσης με το πλέγμα, προκαλώντας αύξηση του αριθμού των φορέων φορτίου στο APD, με αποτέλεσμα ένα μεγάλο ρεύμα. Είναι αυτός ο μοναδικός φυσικός μηχανισμός μέσα στο APD που οι ανιχνευτές που βασίζονται σε APD έχουν γενικά τα χαρακτηριστικά της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης, του μεγάλου κέρδους τιμής ρεύματος και της υψηλής ευαισθησίας. Σε σύγκριση με τη διασταύρωση PN και τη διασταύρωση PIN, η APD έχει μεγαλύτερη ταχύτητα απόκρισης, η οποία είναι η ταχύτερη ταχύτητα απόκρισης μεταξύ των σημερινών φωτοευαίσθητων σωλήνων.

(5) Φωτοανιχνευτής διασταύρωσης Schottky
Η βασική δομή του φωτοανιχνευτή διασταύρωσης Schottky είναι μια δίοδος Schottky, της οποίας τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά είναι παρόμοια με εκείνα της διασταύρωσης PN που περιγράφηκαν παραπάνω, και έχει μονοκατευθυντική αγωγιμότητα με θετική αγωγιμότητα και αντίστροφη αποκοπή. Όταν ένα μέταλλο με υψηλή συνάρτηση εργασίας και ένας ημιαγωγός με χαμηλή συνάρτηση εργασίας σχηματίζουν επαφή, σχηματίζεται ένα φράγμα Schottky και η διασταύρωση που προκύπτει είναι μια ένωση Schottky. Ο κύριος μηχανισμός είναι κάπως παρόμοιος με τη σύνδεση PN, λαμβάνοντας ως παράδειγμα ημιαγωγούς τύπου Ν, όταν δύο υλικά έρχονται σε επαφή, λόγω των διαφορετικών συγκεντρώσεων ηλεκτρονίων των δύο υλικών, τα ηλεκτρόνια στον ημιαγωγό θα διαχέονται στη μεταλλική πλευρά. Τα διάχυτα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται συνεχώς στο ένα άκρο του μετάλλου, καταστρέφοντας έτσι την αρχική ηλεκτρική ουδετερότητα του μετάλλου, σχηματίζοντας ένα ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο από τον ημιαγωγό στο μέταλλο στην επιφάνεια επαφής και τα ηλεκτρόνια θα παρασύρονται υπό την επίδραση του εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο και η κίνηση διάχυσης και μετατόπισης του φορέα θα πραγματοποιηθούν ταυτόχρονα, μετά από ένα χρονικό διάστημα για να επιτευχθεί δυναμική ισορροπία και τελικά να σχηματιστεί μια διασταύρωση Schottky. Υπό συνθήκες φωτός, η περιοχή φραγμού απορροφά απευθείας το φως και δημιουργεί ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών, ενώ οι φωτοπαραγόμενοι φορείς εντός της διασταύρωσης PN πρέπει να περάσουν από την περιοχή διάχυσης για να φτάσουν στην περιοχή διασταύρωσης. Σε σύγκριση με τη διασταύρωση PN, ο φωτοανιχνευτής που βασίζεται στη διασταύρωση Schottky έχει μεγαλύτερη ταχύτητα απόκρισης και η ταχύτητα απόκρισης μπορεί να φτάσει ακόμη και το επίπεδο ns.