Τύπος δομής συσκευής φωτοανιχνευτών

Τύποςσυσκευή φωτοανιχνευτήδομή
Φωτοανιχνευτήςείναι μια συσκευή που μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα, ‌ Η δομή και η ποικιλία του, ‌ μπορεί να χωριστεί κυρίως στις ακόλουθες κατηγορίες: ‌
(1) Φωτοαναγωγικός φωτοανιχνευτής
Όταν οι φωτοαγώγιμες συσκευές εκτίθενται στο φως, ο φωτογενωμένος φορέας αυξάνει την αγωγιμότητά τους και μειώνει την αντίστασή τους. Οι μεταφορείς ενθουσιασμένοι σε θερμοκρασία δωματίου μετακινούνται με κατευθυντικό τρόπο κάτω από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, δημιουργώντας έτσι ένα ρεύμα. Κάτω από την κατάσταση του φωτός, τα ηλεκτρόνια είναι ενθουσιασμένα και συμβαίνει μετάβαση. Ταυτόχρονα, παρασύρονται κάτω από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου για να σχηματίσουν ένα φωτοβολίδα. Οι προκύπτοντες φωτογενετικοί φορείς αυξάνουν την αγωγιμότητα της συσκευής και έτσι μειώνουν την αντίσταση. Οι φωτογωγικοί φωτοανιχνευτές συνήθως παρουσιάζουν υψηλό κέρδος και μεγάλη ανταπόκριση στην απόδοση, αλλά δεν μπορούν να ανταποκριθούν στα οπτικά σήματα υψηλής συχνότητας, οπότε η ταχύτητα απόκρισης είναι αργή, η οποία περιορίζει την εφαρμογή φωτοαγώγιμων συσκευών σε ορισμένες πτυχές.

(2)Φωτοαναγωγικός PN
Ο φωτοανιχνευτής PN σχηματίζεται από την επαφή μεταξύ υλικού ημιαγωγού τύπου Ρ και υλικού ημιαγωγού τύπου Ν. Πριν από τη διαμόρφωση της επαφής, τα δύο υλικά βρίσκονται σε ξεχωριστή κατάσταση. Το επίπεδο Fermi σε ημιαγωγό τύπου Ρ είναι κοντά στην άκρη της ζώνης σθένους, ενώ το επίπεδο Fermi σε ημιαγωγό 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 της ζώνης αγωγιμότητας και της ζώνης σθένους συνοδεύεται επίσης από την κάμψη της ζώνης. Η διασταύρωση PN είναι σε ισορροπία και έχει ομοιόμορφο επίπεδο Fermi. Από την πτυχή της ανάλυσης φορτίου φορτίου, οι περισσότεροι από τους φορείς φορτίου σε υλικά τύπου Ρ είναι τρύπες, ενώ οι περισσότεροι από τους φορτίους φορτίου σε υλικά τύπου Ν είναι ηλεκτρόνια. Όταν τα δύο υλικά βρίσκονται σε επαφή, λόγω της διαφοράς στη συγκέντρωση φορέα, τα ηλεκτρόνια σε υλικά τύπου Ν θα διαχέονται σε τύπου Ρ, ενώ τα ηλεκτρόνια σε υλικά τύπου Ν θα διαχέονται προς την αντίθετη κατεύθυνση προς τις οπές. Η μη αντισταθμισμένη περιοχή που αφήνεται από τη διάχυση των ηλεκτρονίων και των οπών θα σχηματίσει ένα ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο και το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο θα παρασύρεται και η μετατόπιση της μετατόπισης και η μετατόπιση της μετατόπισης είναι ακριβώς απέναντι από την κατεύθυνση της διάχυσης, πράγμα που σημαίνει ότι ο σχηματισμός του ενσωματωμένου ηλεκτρικού πεδίου εμποδίζει τη διάχυση των φορέων, και υπάρχουν και οι δύο διάχυσης και η μετατόπιση του PN. Εσωτερική δυναμική ισορροπία.
Όταν η διασταύρωση PN εκτίθεται σε φωτεινή ακτινοβολία, παράγεται η ενέργεια του φωτονίου στον φορέα και παράγεται ο φωτογενετικός φορέας, δηλαδή το ζεύγος φωτογενών ηλεκτρονίων-οπών. Κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου, το ηλεκτρόνιο και η οπή μετατοπίζονται στην περιοχή Ν και στην περιοχή Ρ αντίστοιχα και η κατεύθυνση της μετατόπισης του φωτογενετικού φορέα δημιουργεί φωτοβολίδα. Αυτή είναι η βασική αρχή του φωτοανιχνευτή PN Junction.

(3)Φωτοανιχνευτής
Η φωτοδίοδο PIN είναι υλικό τύπου ρ και υλικό τύπου Ν μεταξύ του στρώματος Ι, το στρώμα Ι του υλικού είναι γενικά ένα εγγενές ή χαμηλής διατόπισης υλικού. Ο μηχανισμός λειτουργίας του είναι παρόμοιος με τη διασταύρωση PN, όταν η διασταύρωση με ακτινοβολία ακτινοβολίας φωτός, η φωτονική μεταφορά ενέργειας στο ηλεκτρόνιο, η δημιουργία φορτίων φωτογενείας στο εξωτερικό κύκλωμα και το εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο ή το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο θα διαχωρίσουν τα ζεύγη φωτοτογενούς ηλεκτρονίων στο στρώμα εξάντλησης και οι μεταφορικοί φορτίες θα σχηματίσουν ένα ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα. Ο ρόλος που διαδραματίζεται από το στρώμα Ι είναι να επεκτείνεται το πλάτος του στρώματος εξάντλησης και το στρώμα που θα γίνω εντελώς το στρώμα εξάντλησης κάτω από μια μεγάλη τάση προκατάληψης και τα ζεύγη που δημιουργούνται ηλεκτρόνια θα διαχωριστεί ταχέως, έτσι ώστε η ταχύτητα απόκρισης του φωτοανιχνευτή διασταύρωσης PIN είναι γενικά ταχύτερο από αυτό του ανιχνευτή διασταύρωσης PN. Οι μεταφορείς έξω από το στρώμα I συλλέγονται επίσης από το στρώμα εξάντλησης μέσω της κίνησης διάχυσης, σχηματίζοντας ένα ρεύμα διάχυσης. Το πάχος του στρώματος Ι είναι γενικά πολύ λεπτό και ο σκοπός του είναι να βελτιώσει την ταχύτητα απόκρισης του ανιχνευτή.

(4)Φωτοανιχνευτής APDφωτοδίοδο χιονοστιβάδας
Ο μηχανισμός τουφωτοδίοδο χιονοστιβάδαςείναι παρόμοιο με αυτό της διασταύρωσης PN. Το APD PhotoDetector χρησιμοποιεί έντονα DOPED PN Junction, η τάση λειτουργίας που βασίζεται στην ανίχνευση APD είναι μεγάλη και όταν προστίθεται μια μεγάλη αντίστροφη προκατάληψη, ο ιονισμός σύγκρουσης και ο πολλαπλασιασμός των χιονοστιβάδων θα εμφανιστούν μέσα στο APD και η απόδοση του ανιχνευτή είναι αυξημένη φωτοβολταϊκή. Όταν το APD βρίσκεται στη λειτουργία αντίστροφης μεροληψίας, το ηλεκτρικό πεδίο στο στρώμα εξάντλησης θα είναι πολύ ισχυρό και οι φωτογενετικοί φορείς που παράγονται από το φως θα διαχωριστούν γρήγορα και θα παρασυρθούν γρήγορα κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου. Υπάρχει πιθανότητα ότι τα ηλεκτρόνια θα χτυπήσουν στο πλέγμα κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, προκαλώντας ιονισμένη τα ηλεκτρόνια στο πλέγμα. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται και τα ιονισμένα ιόντα στο πλέγμα συγκρούονται επίσης με το πλέγμα, προκαλώντας την αύξηση του αριθμού των φορέων φορτίου στο APD, με αποτέλεσμα ένα μεγάλο ρεύμα. Είναι αυτός ο μοναδικός φυσικός μηχανισμός στο εσωτερικό του APD ότι οι ανιχνευτές που βασίζονται σε APD έχουν γενικά τα χαρακτηριστικά της ταχύτητας γρήγορης απόκρισης, του μεγάλου κέρδους τιμής ρεύματος και της υψηλής ευαισθησίας. Σε σύγκριση με τη διασταύρωση PN και τη διασταύρωση PIN, το APD έχει ταχύτερη ταχύτητα απόκρισης, η οποία είναι η ταχύτερη ταχύτητα απόκρισης μεταξύ των σημερινών φωτοευαίσθητων σωλήνων.

(5) Photodetector Schottky Junction
Η βασική δομή του φωτοανιχνευτή Schottky Junction είναι μια δίοδος Schottky, του οποίου τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά είναι παρόμοια με αυτά της διασταύρωσης PN που περιγράφεται παραπάνω και έχει μονοκατευθυντική αγωγιμότητα με θετική αγωγιμότητα και αντίστροφη αποκοπή. Όταν ένα μέταλλο με υψηλή λειτουργία εργασίας και ημιαγωγό με χαμηλή επαφή μορφής λειτουργίας, σχηματίζεται ένα φράγμα Schottky και η προκύπτουσα διασταύρωση είναι μια διασταύρωση Schottky. Ο κύριος μηχανισμός είναι κάπως παρόμοιος με τη διασταύρωση PN, λαμβάνοντας ως παράδειγμα των ημιαγωγών τύπου Ν, όταν δύο υλικά σχηματίζουν επαφή, λόγω των διαφορετικών συγκεντρώσεων ηλεκτρονίων των δύο υλικών, τα ηλεκτρόνια στο ημιαγωγό θα διαχέονται στην 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 παρασυρθούν κάτω από τη δράση του εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου και η διάχυση του φορέα και η κίνηση της μετατόπισης θα πραγματοποιηθεί ταυτόχρονα μετά από ένα χρονικό διάστημα για να φτάσουν στη δυναμική ισοσιμότητα, και τελικά το Schottky Junction. Υπό συνθήκες φωτός, η περιοχή φραγμού απορροφά άμεσα το φως και παράγει ζεύγη ηλεκτρόνων, ενώ οι φωτογενετικοί φορείς μέσα στη διασταύρωση PN πρέπει να περάσουν από την περιοχή διάχυσης για να φτάσουν στην περιοχή διασταύρωσης. Σε σύγκριση με τη διασταύρωση PN, ο φωτοανιχνευτής με βάση το Schottky Junction έχει ταχύτερη ταχύτητα απόκρισης και η ταχύτητα απόκρισης μπορεί να φτάσει ακόμη και το επίπεδο NS.