Loại cấu trúc thiết bị quang điện tử

Loại củaThiết bị Photodetectorkết cấu
Photodetectorlà một thiết bị chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, cấu trúc và sự đa dạng của nó, ‌ chủ yếu được chia thành các loại sau: ‌
(1) Photodetector quang dẫn
Khi các thiết bị quang dẫn được tiếp xúc với ánh sáng, sóng mang được tạo ra làm tăng độ dẫn của chúng và giảm điện trở. Các nhà mạng phấn khích ở nhiệt độ phòng di chuyển theo cách định hướng theo tác động của điện trường, do đó tạo ra một dòng điện. Trong điều kiện ánh sáng, các electron bị kích thích và chuyển tiếp xảy ra. Đồng thời, chúng trôi dạt dưới tác động của điện trường để tạo thành một dòng quang. Các nhà mạng được tạo quang kết quả làm tăng độ dẫn của thiết bị và do đó làm giảm điện trở. Photodetector tạo quang thường cho thấy mức tăng cao và khả năng đáp ứng cao trong hiệu suất, nhưng chúng không thể đáp ứng với các tín hiệu quang tần số cao, do đó tốc độ phản hồi chậm, điều này hạn chế việc áp dụng các thiết bị quang dẫn ở một số khía cạnh.

(2)Photodetector PN
Photodetector PN được hình thành bởi sự tiếp xúc giữa vật liệu bán dẫn loại P và vật liệu bán dẫn loại N. Trước khi tiếp xúc được hình thành, hai vật liệu ở một trạng thái riêng biệt. Mức Fermi trong chất bán dẫn loại P gần với cạnh của dải hóa trị, trong khi mức Fermi trong chất bán dẫn loại N gần với cạnh của dải dẫn. Đồng thời, mức độ Fermi của vật liệu loại N ở rìa của dải dẫn liên tục được chuyển xuống dưới cho đến khi mức Fermi của hai vật liệu ở cùng một vị trí. Sự thay đổi vị trí của dải dẫn và dải hóa trị cũng đi kèm với sự uốn cong của ban nhạc. Ngã ba PN ở trạng thái cân bằng và có mức Fermi đồng đều. Từ khía cạnh phân tích chất mang điện tích, hầu hết các chất mang điện tích trong vật liệu loại P là lỗ hổng, trong khi hầu hết các chất mang điện tích trong vật liệu loại N là electron. Khi hai vật liệu tiếp xúc, do sự khác biệt về nồng độ chất mang, các electron trong vật liệu loại N sẽ khuếch tán thành loại P, trong khi các electron trong vật liệu loại N sẽ khuếch tán theo hướng ngược lại với các lỗ. Không được bù bởi sự khuếch tán của các electron và lỗ hổng sẽ tạo thành một điện trường tích hợp, và điện trường tích hợp sẽ có xu hướng trôi dạt, và hướng của sự trôi dạt đối diện với hướng khuếch tán, điều đó có nghĩa là sự hình thành của trường điện tích. Cân bằng động bên trong.
Khi mối nối PN được tiếp xúc với bức xạ ánh sáng, năng lượng của photon được chuyển đến chất mang và chất mang quang điện, nghĩa là cặp lỗ điện tử được tạo quang, được tạo ra. Theo tác động của điện trường, electron và lỗ trôi đến vùng N và vùng P tương ứng, và sự trôi dạt định hướng của chất mang được tạo quang tạo ra dòng quang. Đây là nguyên tắc cơ bản của Photodetector PN Junction.

(3)Pin Photodetector
Photodiode pin là một vật liệu loại P và vật liệu loại N giữa lớp I, lớp I của vật liệu nói chung là một vật liệu nội tại hoặc pha tạp thấp. Cơ chế làm việc của nó tương tự như đường giao nhau PN, khi đường nối pin tiếp xúc với bức xạ ánh sáng, photon chuyển năng lượng sang điện tử, tạo ra các chất mang điện tích được tạo ra và điện trường bên trong hoặc điện trường bên ngoài sẽ tách các cặp điện tử được tạo ra trong các dòng điện Vai trò được chơi theo lớp I là mở rộng chiều rộng của lớp suy giảm và lớp I hoàn toàn sẽ trở thành lớp cạn kiệt dưới một điện áp thiên vị lớn và các cặp lỗ điện tử được tạo ra sẽ được tách nhanh chóng, do đó tốc độ phản ứng của bộ điều chỉnh điểm chính của PIN. Các chất mang bên ngoài lớp I cũng được thu thập bởi lớp suy giảm thông qua chuyển động khuếch tán, tạo thành một dòng khuếch tán. Độ dày của lớp I thường rất mỏng và mục đích của nó là cải thiện tốc độ phản ứng của máy dò.

(4)Photodetector APDAvalanche Photodiode
Cơ chế củaAvalanche Photodiodetương tự như của PN Junction. Photodetector APD sử dụng điểm PN pha tạp rất nhiều, điện áp hoạt động dựa trên phát hiện APD là lớn và khi thêm độ lệch ngược lớn, ion hóa va chạm và nhân Avalanche sẽ xảy ra bên trong APD và hiệu suất của máy dò được tăng tốc độ quang hóa. Khi APD ở chế độ sai lệch ngược, điện trường trong lớp suy giảm sẽ rất mạnh và các nhà mạng được tạo quang được tạo ra bởi ánh sáng sẽ nhanh chóng được tách ra và nhanh chóng trôi theo tác động của điện trường. Có khả năng các electron sẽ va vào mạng trong quá trình này, khiến các electron trong mạng bị ion hóa. Quá trình này được lặp đi lặp lại và các ion ion hóa trong mạng cũng va chạm với mạng, khiến số lượng người mang điện tích trong APD tăng lên, dẫn đến một dòng điện lớn. Chính cơ chế vật lý độc đáo bên trong APD là các máy dò dựa trên APD thường có các đặc điểm của tốc độ phản hồi nhanh, mức tăng giá trị dòng điện lớn và độ nhạy cao. So với ngã ba PN và ngã ba pin, APD có tốc độ phản hồi nhanh hơn, đây là tốc độ phản hồi nhanh nhất trong số các ống nhạy cảm hiện tại.

(5) Photodetector Schottky Junction
Cấu trúc cơ bản của bộ quang điện tử Schottky là một diode Schottky, có các đặc tính điện tương tự như của ngã ba PN được mô tả ở trên, và nó có độ dẫn đơn hướng với dẫn điện dương và cắt ngược. Khi một kim loại có chức năng công việc cao và chất bán dẫn có tiếp xúc với dạng chức năng làm việc thấp, một rào cản Schottky được hình thành và kết quả là một ngã ba là một ngã ba Schottky. Cơ chế chính có phần giống với đường giao nhau PN, lấy các chất bán dẫn loại N làm ví dụ, khi hai vật liệu hình thành tiếp xúc, do nồng độ electron khác nhau của hai vật liệu, các electron trong chất bán dẫn sẽ khuếch tán sang phía kim loại. Các electron khuếch tán tích lũy liên tục ở một đầu của kim loại, do đó phá hủy tính trung tính điện ban đầu của kim loại, tạo thành một điện trường tích hợp từ chất bán dẫn đến kim loại trên bề mặt tiếp xúc, và các electron sẽ trôi dạt theo thời gian của động cơ điện, và các điện tử được đưa ra. Trong điều kiện ánh sáng, vùng rào cản trực tiếp hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp lỗ electron, trong khi các chất mang quang điện bên trong ngã ba PN cần phải đi qua vùng khuếch tán để đến vùng nối. So với ngã ba PN, bộ quang điện tử dựa trên Schottky Junction có tốc độ phản hồi nhanh hơn và tốc độ phản hồi thậm chí có thể đạt đến cấp độ NS.