Tipo de strukturo de fotodetektilo

Tipo defotodetektila aparatostrukturo
Fotodetektiloestas aparato kiu konvertas optikan signalon en elektran signalon, ‌ ĝia strukturo kaj diverseco, ‌ povas esti ĉefe dividita en la jenajn kategoriojn: ‌
(1) Fotokonduktiva fotodetektilo
Kiam fotokonduktivaj aparatoj estas eksponitaj al lumo, la fotogenerita portanto pliigas ilian konduktivecon kaj malpliigas ilian reziston. La portantoj ekscititaj je ĉambra temperaturo moviĝas direkte sub la ago de elektra kampo, tiel generante kurenton. Sub la kondiĉoj de lumo, elektronoj ekscitiĝas kaj okazas transiro. Samtempe, ili drivas sub la ago de elektra kampo por formi fotokurenton. La rezultantaj fotogeneritaj portantoj pliigas la konduktivecon de la aparato kaj tiel reduktas la reziston. Fotokonduktivaj fotodetektiloj kutime montras altan gajnon kaj grandan respondemon en funkciado, sed ili ne povas respondi al altfrekvencaj optikaj signaloj, do la respondrapido estas malrapida, kio limigas la aplikon de fotokonduktivaj aparatoj en iuj aspektoj.

(2)PN-fotodetektilo
PN-fotodetektilo formiĝas per la kontakto inter P-tipa duonkonduktaĵa materialo kaj N-tipa duonkonduktaĵa materialo. Antaŭ ol la kontakto formiĝas, la du materialoj estas en aparta stato. La Fermi-nivelo en P-tipa duonkonduktaĵa materialo estas proksima al la rando de la valenta bendo, dum la Fermi-nivelo en N-tipa duonkonduktaĵa materialo estas proksima al la rando de la kondukta bendo. Samtempe, la Fermi-nivelo de la N-tipa materialo ĉe la rando de la kondukta bendo kontinue ŝoviĝas malsupren ĝis la Fermi-nivelo de la du materialoj estas en la sama pozicio. La ŝanĝo de la pozicio de la kondukta bendo kaj la valenta bendo ankaŭ estas akompanata de la fleksiĝo de la bendo. La PN-transiro estas en ekvilibro kaj havas unuforman Fermi-nivelon. El la vidpunkto de analizo de ŝarĝportantoj, la plej multaj ŝarĝportantoj en P-tipaj materialoj estas truoj, dum la plej multaj ŝarĝportantoj en N-tipaj materialoj estas elektronoj. Kiam la du materialoj estas en kontakto, pro la diferenco en la koncentriĝo de ŝarĝportantoj, la elektronoj en N-tipaj materialoj difuziĝas al P-tipo, dum la elektronoj en N-tipaj materialoj difuziĝas en la kontraŭa direkto al la truoj. La nekompensita areo lasita de la difuzo de elektronoj kaj truoj formos enkonstruitan elektran kampon, kaj la enkonstruita elektra kampo tendencos drivon de portantoj, kaj la direkto de drivo estas ĝuste kontraŭa al la direkto de difuzo, kio signifas, ke la formiĝo de la enkonstruita elektra kampo malhelpas la difuzon de portantoj, kaj ekzistas kaj difuzo kaj drivo ene de la PN-krucvojo ĝis la du specoj de moviĝo estas ekvilibraj, tiel ke la statika fluo de portantoj estas nulo. Interna dinamika ekvilibro.
Kiam la PN-transiro estas eksponita al lumradiado, la energio de la fotono transdoniĝas al la portanto, kaj la fotogenerita portanto, tio estas, la fotogenerita elektrono-trua paro, generiĝas. Sub la ago de la elektra kampo, la elektrono kaj truo drivas al la N-regiono kaj la P-regiono respektive, kaj la direkta drivo de la fotogenerita portanto generas fotofluon. Ĉi tio estas la baza principo de PN-transira fotodetektilo.

(3)PIN-fotodetektilo
Stifta fotodiodo estas P-tipa materialo kaj N-tipa materialo inter la I-tavolo. La I-tavolo de la materialo estas ĝenerale interna aŭ malalt-dopanta materialo. Ĝia funkcimekanismo similas al tiu de la PN-transiro. Kiam la PIN-transiro estas eksponita al lumradiado, la fotono transdonas energion al la elektrono, generante fotogeneritajn ŝarĝportantojn, kaj la interna aŭ ekstera elektra kampo apartigos la fotogeneritajn elektron-truajn parojn en la malpleniga tavolo, kaj la drivitaj ŝarĝportantoj formos kurenton en la ekstera cirkvito. La rolo de tavolo I estas pligrandigi la larĝon de la malpleniga tavolo, kaj la tavolo I tute fariĝos la malpleniga tavolo sub granda biasa tensio, kaj la generitaj elektron-truaj paroj rapide apartigos, do la respondrapido de la PIN-transira fotodetektilo estas ĝenerale pli rapida ol tiu de la PN-transira detektilo. Portantoj ekster la I-tavolo ankaŭ estas kolektitaj de la malpleniga tavolo per difuza moviĝo, formante difuzan kurenton. La dikeco de la I-tavolo estas ĝenerale tre maldika, kaj ĝia celo estas plibonigi la respondrapidon de la detektilo.

(4)APD-fotodetektilolavanga fotodiodo
La mekanismo delavanga fotodiodosimilas al tiu de PN-transiro. APD-fotodetektilo uzas forte dopitan PN-transiron, la funkcia tensio bazita sur APD-detekto estas granda, kaj kiam granda inversa biaso estas aldonita, kolizia jonigo kaj lavanga multipliko okazas ene de APD, kaj la rendimento de la detektilo estas pliigita fotofluo. Kiam APD estas en la inversa biasa reĝimo, la elektra kampo en la malpleniga tavolo estos tre forta, kaj la fotogeneritaj ŝargoportiloj generitaj de lumo rapide disiĝos kaj rapide drivos sub la ago de la elektra kampo. Ekzistas probableco, ke elektronoj kolizios kun la reto dum ĉi tiu procezo, kaŭzante jonigon de la elektronoj en la reto. Ĉi tiu procezo ripetiĝas, kaj la jonigitaj jonoj en la reto ankaŭ kolizias kun la reto, kaŭzante pliiĝon de la nombro de ŝargoportiloj en la APD, rezultante en granda kurento. Estas ĉi tiu unika fizika mekanismo ene de APD, ke APD-bazitaj detektiloj ĝenerale havas la karakterizaĵojn de rapida respondrapido, granda kurentvalora gajno kaj alta sentiveco. Kompare kun PN-transiro kaj PIN-transiro, APD havas pli rapidan respondrapidon, kiu estas la plej rapida respondrapido inter la nunaj fotosentemaj tuboj.

(5) Fotodetektilo de Schottky-krucvojo
La baza strukturo de la fotodetektilo kun Schottky-transiro estas Schottky-diodo, kies elektraj karakterizaĵoj similas al tiuj de la supre priskribita PN-transiro, kaj ĝi havas unudirektan konduktivecon kun pozitiva konduktado kaj inversa ĉesigo. Kiam metalo kun alta laborfunkcio kaj duonkonduktaĵo kun malalta laborfunkcio kontaktiĝas, formiĝas Schottky-bariero, kaj la rezulta transiro estas Schottky-transiro. La ĉefa mekanismo estas iom simila al la PN-transiro, ekzemple N-tipaj duonkonduktaĵoj. Kiam du materialoj kontaktiĝas, pro la malsamaj elektronkoncentriĝoj de la du materialoj, la elektronoj en la duonkonduktaĵo difuziĝas al la metala flanko. La difuzitaj elektronoj akumuliĝas kontinue ĉe unu fino de la metalo, tiel detruante la originan elektran neŭtralecon de la metalo, formante enkonstruitan elektran kampon de la duonkonduktaĵo al la metalo sur la kontakta surfaco, kaj la elektronoj drivas sub la ago de la interna elektra kampo, kaj la difuza kaj driva moviĝo de la portanto okazos samtempe. Post iom da tempo, la elektronoj atingas dinamikan ekvilibron kaj fine formas Schottky-transiron. Sub lumkondiĉoj, la bara regiono rekte absorbas lumon kaj generas elektron-truajn parojn, dum la fotogeneritaj portantoj ene de la PN-transiro devas trapasi la difuzan regionon por atingi la transiran regionon. Kompare kun PN-transiro, la fotodetektilo bazita sur Schottky-transiro havas pli rapidan respondrapidon, kaj la respondrapido eĉ povas atingi ns-nivelon.