Тыппрылада фотапрыёмнікаструктура
Фотадэтэктаргэта прылада, якая пераўтворыць аптычны сігнал у электрычны, яго структуру і разнавіднасці можна ў асноўным падзяліць на наступныя катэгорыі:
(1) Фотаправодны фотадэтэктар
Калі фотаправодныя прылады падвяргаюцца ўздзеянню святла, фотагенераваны носьбіт павялічвае іх праводнасць і памяншае іх супраціў. Носьбіты, узбуджаныя пры пакаёвай тэмпературы, рухаюцца накіравана пад дзеяннем электрычнага поля, ствараючы ток. Ва ўмовах святла электроны ўзбуджаюцца і адбываецца пераход. Пры гэтым яны дрэйфуюць пад дзеяннем электрычнага поля, утвараючы фотаток. Атрыманыя фотагенераваныя носьбіты павялічваюць праводнасць прылады і, такім чынам, памяншаюць супраціўленне. Фотаправодныя фотадэтэктары звычайна дэманструюць высокі каэфіцыент узмацнення і вялікую спагадлівасць у прадукцыйнасці, але яны не могуць рэагаваць на высокачашчынныя аптычныя сігналы, таму хуткасць водгуку нізкая, што ў некаторых аспектах абмяжоўвае прымяненне фотаправодных прылад.
(2)PN фотадэтэктар
Фотадэтэктар PN утвараецца ў выніку кантакту паміж паўправадніковым матэрыялам P-тыпу і паўправадніковым матэрыялам N-тыпу. Да таго, як утворыцца кантакт, два матэрыялы знаходзяцца ў асобным стане. Узровень Фермі ў паўправадніках P-тыпу знаходзіцца блізка да краю валентнай зоны, у той час як узровень Фермі ў паўправадніках N-тыпу знаходзіцца блізка да краю зоны праводнасці. У той жа час узровень Фермі матэрыялу N-тыпу на краі зоны праводнасці бесперапынна ссоўваецца ўніз, пакуль узровень Фермі двух матэрыялаў не апынецца ў аднолькавым становішчы. Змена становішча зоны праводнасці і валентнай зоны таксама суправаджаецца выгібам зоны. PN-пераход знаходзіцца ў раўнавазе і мае аднастайны ўзровень Фермі. З пункту гледжання аналізу носьбітаў зарада, большасць носьбітаў зараду ў матэрыялах P-тыпу з'яўляюцца дзіркамі, у той час як большасць носьбітаў зараду ў матэрыялах N-тыпу з'яўляюцца электронамі. Калі два матэрыялы знаходзяцца ў кантакце, з-за розніцы ў канцэнтрацыі носьбітаў, электроны ў матэрыялах N-тыпу будуць дыфундзіраваць да P-тыпу, у той час як электроны ў матэрыялах N-тыпу будуць дыфузіраваць у кірунку, процілеглым дзіркам. Некампенсаваная вобласць, пакінутая дыфузіяй электронаў і дзірак, будзе ўтвараць убудаванае электрычнае поле, а ўбудаванае электрычнае поле будзе тэндэнцыя дрэйфу носьбіта, і кірунак дрэйфу якраз супрацьлеглы кірунку дыфузіі, што азначае, што фарміраванне ўбудаванага электрычнага поля прадухіляе дыфузію носьбітаў, і ўнутры PN-пераходу адбываюцца як дыфузія, так і дрэйф, пакуль абодва віды руху не збалансуюцца, так што статычны паток носьбітаў роўны нулю. Унутраны дынамічны баланс.
Калі PN-пераход падвяргаецца ўздзеянню светлавога выпраменьвання, энергія фатона перадаецца носьбіту, і ўтвараецца фотагенераваны носьбіт, гэта значыць фотагенераваная электронна-дзіркавая пара. Пад дзеяннем электрычнага поля электрон і дзірка дрэйфуюць у вобласць N і вобласць P адпаведна, а накіраваны дрэйф фотагенераванага носьбіта стварае фотаток. Гэта асноўны прынцып фотадэтэктара PN-пераходу.
(3)PIN фотадэтэктар
Кантактны фотадыёд - гэта матэрыял P-тыпу і матэрыял N-тыпу паміж пластом I, пласт матэрыялу I звычайна з'яўляецца ўласным матэрыялам або матэрыялам з нізкім утрыманнем допінгу. Яго механізм працы падобны на PN-пераход, калі PIN-пераход падвяргаецца ўздзеянню светлавога выпраменьвання, фатон перадае энергію электрону, ствараючы фотагенераваныя носьбіты зарада, і ўнутранае электрычнае поле або знешняе электрычнае поле аддзяляе фотагенераваны электрон-дзірку пары ў знясіленым пласце, і дрэйфаваныя носьбіты зарада будуць утвараць ток у знешнім ланцугу. Роля пласта I заключаецца ў пашырэнні знясіленага пласта, і пласт I цалкам стане знясіленым пластом пад вялікім напружаннем зрушэння, і створаныя электронна-дзірачныя пары будуць хутка раз'яднаны, таму хуткасць водгуку Фотадэтэктар PIN-пераходу звычайна працуе хутчэй, чым дэтэктар PN-пераходу. Носьбіты за межамі I пласта таксама збіраюцца знясіленым пластом праз дыфузійны рух, утвараючы дыфузійны ток. Таўшчыня пласта I звычайна вельмі тонкая, і яго мэта - палепшыць хуткасць рэагавання дэтэктара.
(4)Фотадэтэктар APDлавінны фотадыёд
Механізм стлавінны фотадыёдпадобны на PN-пераход. Фотадэтэктар APD выкарыстоўвае моцна легаваны PN-пераход, працоўнае напружанне, заснаванае на выяўленні APD, вялікае, і калі дадаецца вялікае зваротнае зрушэнне, унутры APD будзе адбывацца іянізацыя пры сутыкненні і лавінападобнае размнажэнне, а прадукцыйнасць дэтэктара павялічваецца па фотатоку. Калі APD знаходзіцца ў рэжыме зваротнага зрушэння, электрычнае поле ў знясіленым слоі будзе вельмі моцным, і фотагенераваныя носьбіты, якія генеруюцца святлом, будуць хутка раздзяляцца і хутка дрэйфаваць пад дзеяннем электрычнага поля. Існуе верагоднасць таго, што падчас гэтага працэсу электроны ўразаюцца ў рашотку, у выніку чаго электроны ў рашотцы іянізуюцца. Гэты працэс паўтараецца, і іянізаваныя іёны ў рашотцы таксама сутыкаюцца з рашоткай, у выніку чаго колькасць носьбітаў зараду ў APD павялічваецца, што прыводзіць да вялікага току. Дзякуючы гэтаму ўнікальнаму фізічнаму механізму ўнутры APD дэтэктары на аснове APD звычайна валодаюць такімі характарыстыкамі, як хуткая рэакцыя, вялікі каэфіцыент узмацнення току і высокая адчувальнасць. У параўнанні з PN-пераходам і PIN-пераходам APD мае больш высокую хуткасць водгуку, што з'яўляецца самай хуткай хуткасцю водгуку сярод сучасных фотаадчувальных трубак.
(5) Фотадэтэктар з пераходам Шоткі
Асноўнай структурай фотадэтэктара з пераходам Шоткі з'яўляецца дыёд Шоткі, электрычныя характарыстыкі якога падобныя на апісаныя вышэй PN-пераходы, і ён мае аднанакіраваную праводнасць з дадатнай праводнасцю і адваротным адсячэннем. Калі метал з высокай працай выхаду і паўправаднік з нізкай працай выхаду ўтвараюць кантакт, утвараецца бар'ер Шоткі, і ў выніку спалучэнне з'яўляецца спалучэннем Шоткі. Асноўны механізм чымсьці падобны на PN-пераход, на прыкладзе паўправаднікоў N-тыпу, калі два матэрыялы ўтвараюць кантакт, з-за рознай канцэнтрацыі электронаў у двух матэрыялах, электроны ў паўправадніку будуць дыфузіраваць на бок металу. Рассеяныя электроны бесперапынна назапашваюцца на адным канцы металу, такім чынам разбураючы першапачатковую электрычную нейтральнасць металу, утвараючы ўбудаванае электрычнае поле ад паўправадніка да металу на паверхні кантакту, і электроны будуць дрэйфаваць пад дзеяннем ўнутранае электрычнае поле, дыфузія і дрэйф носьбіта будуць ажыццяўляцца адначасова, пасля пэўнага перыяду часу для дасягнення дынамічнай раўнавагі і, нарэшце, утвараюць пераход Шоткі. Ва ўмовах асветленасці бар'ерная вобласць непасрэдна паглынае святло і стварае электронна-дзірачныя пары, у той час як фотагенераваныя носьбіты ўнутры PN-злучэння павінны прайсці праз вобласць дыфузіі, каб дасягнуць вобласці злучэння. У параўнанні з PN-пераходам, фотадэтэктар на аснове пераходу Шоткі мае больш высокую хуткасць водгуку, і хуткасць водгуку можа нават дасягаць узроўню нс.
Час публікацыі: 13 жніўня 2024 г