Tipo dedispositivo fotodetectorestrutura
Fotodetectoré um dispositivo que converte sinal óptico em sinal elétrico, sua estrutura e variedade, pode ser dividido principalmente nas seguintes categorias:
(1) Fotodetector fotocondutivo
Quando dispositivos fotocondutores são expostos à luz, o portador fotogerado aumenta a sua condutividade e diminui a sua resistência. Os portadores excitados à temperatura ambiente movem-se direcionalmente sob a ação de um campo elétrico, gerando assim uma corrente. Sob a condição de luz, os elétrons são excitados e ocorre a transição. Ao mesmo tempo, eles flutuam sob a ação de um campo elétrico para formar uma fotocorrente. Os portadores fotogerados resultantes aumentam a condutividade do dispositivo e, assim, reduzem a resistência. Os fotodetectores fotocondutores geralmente apresentam alto ganho e grande capacidade de resposta no desempenho, mas não conseguem responder a sinais ópticos de alta frequência, portanto a velocidade de resposta é lenta, o que limita a aplicação de dispositivos fotocondutores em alguns aspectos.
(2)Fotodetector PN
O fotodetector PN é formado pelo contato entre o material semicondutor tipo P e o material semicondutor tipo N. Antes do contato ser formado, os dois materiais estão em um estado separado. O nível de Fermi no semicondutor do tipo P está próximo da borda da banda de valência, enquanto o nível de Fermi no semicondutor do tipo N está próximo da borda da banda de condução. Ao mesmo tempo, o nível de Fermi do material do tipo N na borda da banda de condução é continuamente deslocado para baixo até que o nível de Fermi dos dois materiais esteja na mesma posição. A mudança da posição da banda de condução e da banda de valência também é acompanhada pela curvatura da banda. A junção PN está em equilíbrio e possui um nível de Fermi uniforme. Do ponto de vista da análise de portadores de carga, a maioria dos portadores de carga em materiais do tipo P são buracos, enquanto a maioria dos portadores de carga em materiais do tipo N são elétrons. Quando os dois materiais estão em contato, devido à diferença na concentração de portadores, os elétrons nos materiais do tipo N se difundirão para o tipo P, enquanto os elétrons nos materiais do tipo N se difundirão na direção oposta aos buracos. A área não compensada deixada pela difusão de elétrons e buracos formará um campo elétrico embutido, e o campo elétrico embutido terá tendência ao desvio da portadora, e a direção da deriva é exatamente oposta à direção da difusão, o que significa que o a formação do campo elétrico embutido evita a difusão dos portadores, e há difusão e desvio dentro da junção PN até que os dois tipos de movimento sejam equilibrados, de modo que o fluxo estático dos portadores seja zero. Equilíbrio dinâmico interno.
Quando a junção PN é exposta à radiação luminosa, a energia do fóton é transferida para o portador, e o portador fotogerado, ou seja, o par elétron-buraco fotogerado, é gerado. Sob a ação do campo elétrico, o elétron e o buraco derivam para a região N e para a região P, respectivamente, e a deriva direcional do portador fotogerado gera fotocorrente. Este é o princípio básico do fotodetector de junção PN.
(3)Fotodetector PIN
O fotodiodo de pino é um material do tipo P e um material do tipo N entre a camada I, a camada I do material é geralmente um material intrínseco ou de baixa dopagem. Seu mecanismo de funcionamento é semelhante ao da junção PN, quando a junção PIN é exposta à radiação luminosa, o fóton transfere energia para o elétron, gerando portadores de carga fotogerados, e o campo elétrico interno ou o campo elétrico externo separará o elétron-buraco fotogerado pares na camada de depleção e os portadores de carga desviados formarão uma corrente no circuito externo. O papel desempenhado pela camada I é expandir a largura da camada de depleção, e a camada I se tornará completamente a camada de depleção sob uma grande tensão de polarização, e os pares elétron-buraco gerados serão rapidamente separados, de modo que a velocidade de resposta do O fotodetector de junção PIN é geralmente mais rápido que o detector de junção PN. Transportadores fora da camada I também são coletados pela camada de depleção através do movimento de difusão, formando uma corrente de difusão. A espessura da camada I é geralmente muito fina e sua finalidade é melhorar a velocidade de resposta do detector.
(4)Fotodetector APDfotodiodo de avalanche
O mecanismo defotodiodo de avalancheé semelhante ao da junção PN. O fotodetector APD usa junção PN fortemente dopada, a tensão operacional baseada na detecção de APD é grande e, quando uma grande polarização reversa é adicionada, a ionização de colisão e a multiplicação de avalanches ocorrerão dentro do APD, e o desempenho do detector aumentará a fotocorrente. Quando o APD está no modo de polarização reversa, o campo elétrico na camada de depleção será muito forte e os portadores fotogerados gerados pela luz serão rapidamente separados e rapidamente derivarão sob a ação do campo elétrico. Há uma probabilidade de que os elétrons colidam com a rede durante esse processo, fazendo com que os elétrons da rede sejam ionizados. Este processo é repetido, e os íons ionizados na rede também colidem com a rede, fazendo com que o número de portadores de carga no APD aumente, resultando em uma grande corrente. É esse mecanismo físico único dentro do APD que os detectores baseados em APD geralmente possuem as características de velocidade de resposta rápida, grande ganho de valor de corrente e alta sensibilidade. Comparado com a junção PN e a junção PIN, o APD tem uma velocidade de resposta mais rápida, que é a velocidade de resposta mais rápida entre os tubos fotossensíveis atuais.
(5) Fotodetector de junção Schottky
A estrutura básica do fotodetector de junção Schottky é um diodo Schottky, cujas características elétricas são semelhantes às da junção PN descrita acima, e possui condutividade unidirecional com condução positiva e corte reverso. Quando um metal com alta função de trabalho e um semicondutor com baixa função de trabalho formam contato, uma barreira Schottky é formada e a junção resultante é uma junção Schottky. O mecanismo principal é um pouco semelhante à junção PN, tomando como exemplo os semicondutores do tipo N, quando dois materiais formam contato, devido às diferentes concentrações de elétrons dos dois materiais, os elétrons no semicondutor se difundirão para o lado metálico. Os elétrons difundidos acumulam-se continuamente em uma extremidade do metal, destruindo assim a neutralidade elétrica original do metal, formando um campo elétrico embutido do semicondutor ao metal na superfície de contato, e os elétrons irão à deriva sob a ação do campo elétrico interno, e o movimento de difusão e deriva do transportador serão realizados simultaneamente, após um período de tempo para atingir o equilíbrio dinâmico e, finalmente, formar uma junção Schottky. Sob condições de luz, a região de barreira absorve diretamente a luz e gera pares elétron-buraco, enquanto os portadores fotogerados dentro da junção PN precisam passar pela região de difusão para alcançar a região de junção. Comparado com a junção PN, o fotodetector baseado na junção Schottky tem uma velocidade de resposta mais rápida, e a velocidade de resposta pode até atingir o nível ns.
Horário da postagem: 13 de agosto de 2024