Тыпфотапрыёмная прыладаструктура
Фотадэтэктар— гэта прылада, якая пераўтварае аптычны сігнал у электрычны сігнал, яго структура і разнавіднасці, у асноўным можна падзяліць на наступныя катэгорыі:
(1) Фотаправодны фотадэтэктар
Калі фотаправодныя прылады падвяргаюцца ўздзеянню святла, фотагенераваныя носьбіты павялічваюць сваю праводнасць і памяншаюць супраціўленне. Носьбіты, узбуджаныя пры пакаёвай тэмпературы, рухаюцца накіравана пад дзеяннем электрычнага поля, тым самым генеруючы ток. Ва ўмовах святла электроны ўзбуджаюцца і адбываецца пераход. У той жа час яны дрэйфуюць пад дзеяннем электрычнага поля, утвараючы фотаток. У выніку фотагенераваныя носьбіты павялічваюць праводнасць прылады і тым самым памяншаюць супраціўленне. Фотаправодныя фотадэтэктары звычайна паказваюць высокі каэфіцыент узмацнення і выдатную хуткасць рэагавання, але яны не могуць рэагаваць на высокачашчынныя аптычныя сігналы, таму хуткасць рэагавання нізкая, што абмяжоўвае прымяненне фотаправодных прылад у некаторых аспектах.
(2)PN-фотадэтэктар
PN-фотадэтэктар утвараецца ў выніку кантакту паміж паўправадніковымі матэрыяламі P-тыпу і N-тыпу. Да ўтварэння кантакту два матэрыялы знаходзяцца ў асобным стане. Узровень Фермі ў паўправадніку P-тыпу знаходзіцца блізка да краю валентнай зоны, а ўзровень Фермі ў паўправадніку N-тыпу — блізка да краю зоны праводнасці. У той жа час узровень Фермі матэрыялу N-тыпу на краі зоны праводнасці пастаянна зрушваецца ўніз, пакуль узровень Фермі двух матэрыялаў не апынецца ў адным становішчы. Змена становішча зоны праводнасці і валентнай зоны таксама суправаджаецца іх выгібам. PN-пераход знаходзіцца ў раўнавазе і мае аднастайны ўзровень Фермі. З пункту гледжання аналізу носьбітаў зараду, большасць носьбітаў зараду ў матэрыялах P-тыпу — гэта дзіркі, а ў матэрыялах N-тыпу — гэта электроны. Калі два матэрыялы кантактуюць, з-за розніцы ў канцэнтрацыі носьбітаў, электроны ў матэрыялах N-тыпу дыфузіруюць да P-тыпу, а электроны ў матэрыялах N-тыпу дыфузіруюць у процілеглым кірунку да дзірак. Некампенсаваная зона, пакінутая дыфузіяй электронаў і дзірак, будзе фарміраваць убудаванае электрычнае поле, і ўбудаванае электрычнае поле будзе схільнае да дрэйфу носьбітаў зарада, прычым кірунак дрэйфу будзе процілеглы кірунку дыфузіі, што азначае, што ўтварэнне ўбудаванага электрычнага поля перашкаджае дыфузіі носьбітаў, і ўнутры PN-пераходу будуць адбывацца як дыфузія, так і дрэйф, пакуль два віды руху не збалансуюцца, так што статычны паток носьбітаў будзе роўны нулю. Унутраная дынамічная раўнавага.
Калі PN-пераход падвяргаецца ўздзеянню светлавога выпраменьвання, энергія фатона перадаецца носьбіту зараду, і ўтвараецца фотагенераваны носьбіт, гэта значыць фотагенераваная электронна-дзіркавая пара. Пад дзеяннем электрычнага поля электрон і дзірка дрэйфуюць адпаведна ў N-вобласць і P-вобласць, і накіраваны дрэйф фотагенераванага носьбіта генеруе фотаток. Гэта асноўны прынцып фотадэтэктара PN-пераходу.
(3)PIN-фотадэтэктар
Pin-фотадыёд — гэта матэрыял P-тыпу і N-тыпу, размешчаны паміж I-слоем. I-слой звычайна з'яўляецца ўнутраным або нізкалегаваным матэрыялам. Яго механізм працы падобны да PN-пераходу: калі PIN-пераход падвяргаецца ўздзеянню светлавога выпраменьвання, фатон перадае энергію электрону, ствараючы фотагенераваныя носьбіты зараду. Унутранае або знешняе электрычнае поле раздзяляе фотагенераваныя электронна-дзіркавыя пары ў знясіленым пласце, і дрэйфаваныя носьбіты зараду ўтвараюць ток у знешнім ланцугу. Роля I-слоя заключаецца ў пашырэнні шырыні знясіленага пласта. Пры вялікай напружанні зрушэння I-слой цалкам становіцца знясіленым пластом, і згенераваныя электронна-дзіркавыя пары хутка раздзяляюцца, таму хуткасць рэакцыі фотадэтэктара з PIN-пераходам звычайна вышэйшая, чым у PN-дэтэктара. Носьбіты зарада па-за I-слоем таксама збіраюцца ў знясіленым пласты праз дыфузійны рух, утвараючы дыфузійны ток. Таўшчыня I-слоя звычайна вельмі тонкая, і яго мэта — палепшыць хуткасць рэакцыі дэтэктара.
(4)Фотадэтэктар APDлавінны фотадыёд
Механізмлавінны фотадыёдпадобны да PN-пераходу. Фотадэтэктар на аснове ламінатнага фотодиода (ЛАФД) выкарыстоўвае моцна легаваны PN-пераход, працоўнае напружанне, заснаванае на выяўленні ЛАФД, вялікае, і пры даданні вялікага зваротнага зрушэння ўнутры ЛАФД адбываецца іанізацыя сутыкненняў і лавіннае памнажэнне, што павялічвае прадукцыйнасць дэтэктара за кошт павелічэння фотатоку. Калі ЛАФД знаходзіцца ў рэжыме зваротнага зрушэння, электрычнае поле ў збяднелым пласце будзе вельмі моцным, і фотагенераваныя носьбіты, якія генеруюцца святлом, будуць хутка аддзяляцца і хутка дрэйфаваць пад дзеяннем электрычнага поля. Існуе верагоднасць таго, што электроны будуць сутыкацца з рашоткай падчас гэтага працэсу, што прывядзе да іянізацыі электронаў у рашотцы. Гэты працэс паўтараецца, і іянізаваныя іоны ў рашотцы таксама сутыкаюцца з рашоткай, што прывядзе да павелічэння колькасці носьбітаў зарада ў ЛАФД, што прывядзе да вялікага току. Менавіта гэты ўнікальны фізічны механізм унутры ЛАФД дазваляе дэтэктарам на аснове ЛАФД звычайна характэрны хуткасцю водгуку, вялікім каэфіцыентам узмацнення па току і высокай адчувальнасцю. У параўнанні з PN- і PIN-пераходамі, ЛАФД мае больш высокую хуткасць водгуку, якая з'яўляецца самай высокай хуткасцю водгуку сярод сучасных фотаадчувальных трубак.
(5) Фотадэтэктар на пераходзе Шоткі
Асноўная структура фотадэтэктара на пераходзе Шоткі — гэта дыёд Шоткі, электрычныя характарыстыкі якога падобныя да характарыстык PN-пераходу, апісанага вышэй, і ён мае аднанакіраваную праводнасць з дадатнай праводнасцю і зваротным адсячэннем. Калі метал з высокай працай выхаду і паўправаднік з нізкай працай выхаду ўтвараюць кантакт, утвараецца бар'ер Шоткі, і ў выніку пераход і з'яўляецца пераходам Шоткі. Асноўны механізм у пэўнай ступені падобны да PN-пераходу, калі ў якасці прыкладу ўзяць паўправаднікі N-тыпу. Калі два матэрыялы ўтвараюць кантакт, з-за рознай канцэнтрацыі электронаў у двух матэрыялах электроны ў паўправадніку дыфузіруюць да боку металу. Дыфузныя электроны бесперапынна назапашваюцца на адным канцы металу, тым самым руйнуючы першапачатковую электрычную нейтральнасць металу, утвараючы ўбудаванае электрычнае поле ад паўправадніка да металу на паверхні кантакту, і электроны дрэйфуюць пад дзеяннем унутранага электрычнага поля, прычым дыфузійны і дрэйфавы рух носьбітаў будуць ажыццяўляцца адначасова, праз пэўны перыяд часу дасягаючы дынамічнай раўнавагі, і, нарэшце, утвараюць пераход Шоткі. Ва ўмовах асвятлення бар'ерная вобласць непасрэдна паглынае святло і генеруе электронна-дзіркавыя пары, у той час як фотагенераваныя носьбіты ўнутры PN-пераходу павінны прайсці праз вобласць дыфузіі, каб дасягнуць вобласці пераходу. У параўнанні з PN-пераходам, фотадэтэктар на аснове пераходу Шоткі мае больш хуткую хуткасць водгуку, якая можа дасягаць нават нанасамернага ўзроўню.
Час публікацыі: 13 жніўня 2024 г.