Тип структуре фотодетекторског уређаја

Врстафотодетекторски уређајструктура
Пхотодетецторје уређај који претвара оптички сигнал у електрични сигнал, ‌ његова структура и разноликост, ‌ се углавном може поделити у следеће категорије: ‌
(1) Фотокондуктивни фотодетектор
Када су фотокондуктивни уређаји изложени светлости, фотогенерисани носач повећава њихову проводљивост и смањује њихов отпор. Носачи побуђени на собној температури крећу се усмерено под дејством електричног поља, стварајући тако струју. Под условима светлости, електрони се побуђују и долази до транзиције. Истовремено, они се померају под дејством електричног поља да би формирали фотострују. Добијени фотогенерисани носачи повећавају проводљивост уређаја и тиме смањују отпор. Фотокондуктивни фотодетектори обично показују велики добитак и велики одзив у перформансама, али не могу да реагују на оптичке сигнале високе фреквенције, па је брзина одговора спора, што ограничава примену фотокондуктивних уређаја у неким аспектима.

(2)ПН фотодетектор
ПН фотодетектор се формира контактом између полупроводничког материјала П-типа и полупроводничког материјала Н-типа. Пре него што се контакт формира, два материјала су у одвојеном стању. Фермијев ниво у полупроводнику П-типа је близу ивице валентног појаса, док је Фермијев ниво у полупроводнику Н-типа близу ивице појаса проводљивости. У исто време, Ферми ниво материјала Н-типа на ивици проводног појаса се непрекидно помера наниже све док ниво Фермија два материјала не буде у истој позицији. Промену положаја проводног појаса и валентног појаса прати и савијање појаса. ПН спој је у равнотежи и има униформан Ферми ниво. Са аспекта анализе носиоца наелектрисања, већина носилаца наелектрисања у материјалима П-типа су рупе, док су већина носилаца наелектрисања у материјалима Н-типа електрони. Када су два материјала у контакту, због разлике у концентрацији носача, електрони у материјалима Н-типа ће дифундирати у П-тип, док ће електрони у материјалима Н-типа дифундирати у супротном смеру од рупа. Некомпензована површина остављена дифузијом електрона и рупа ће формирати уграђено електрично поље, а уграђено електрично поље ће кретати померање носиоца, а смер померања је управо супротан смеру дифузије, што значи да формирање уграђеног електричног поља спречава дифузију носилаца, а унутар ПН споја постоје и дифузија и дрифт све док се две врсте кретања не избалансирају, тако да статички проток носиоца буде нула. Унутрашња динамичка равнотежа.
Када је ПН спој изложен светлосном зрачењу, енергија фотона се преноси на носач и генерише се фотогенерисани носач, односно фотогенерисани пар електрон-рупа. Под дејством електричног поља, електрон и рупа се померају у Н регион и П регион респективно, а смерни дрифт фотогенерисаног носача генерише фотострују. Ово је основни принцип фотодетектора ПН споја.

(3)ПИН фотодетектор
Пин фотодиода је материјал П-типа и материјал Н-типа између И слоја, И слој материјала је генерално унутрашњи материјал или материјал са ниским допингом. Његов радни механизам је сличан ПН споју, када је ПИН спој изложен зрачењу светлости, фотон преноси енергију на електрон, генеришући фотогенерисане носаче набоја, а унутрашње електрично поље или спољашње електрично поље ће одвојити фотогенерисану електронску рупу парова у слоју исцрпљивања, а одбачени носиоци наелектрисања ће формирати струју у спољашњем колу. Улога слоја И је да прошири ширину осиромашеног слоја, а слој И ће у потпуности постати слој осиромашења под великим напоном, а генерисани парови електрон-рупа ће се брзо раздвојити, тако да брзина одговора Фотодетектор ПИН споја је генерално бржи од детектора ПН споја. Носиоци изван И слоја се такође сакупљају од стране деплеционог слоја кроз дифузионо кретање, формирајући дифузиону струју. Дебљина И слоја је генерално веома танка, а његова сврха је да побољша брзину одзива детектора.

(4)АПД фотодетекторлавинска фотодиода
Механизам одлавинска фотодиодаје сличан оном код ПН споја. АПД фотодетектор користи јако допиран ПН спој, радни напон заснован на АПД детекцији је велики, а када се дода велика обрнута пристрасност, долази до јонизације судара и умножавања лавине унутар АПД-а, а перформансе детектора су повећане фотострује. Када је АПД у режиму обрнутог пристрасности, електрично поље у слоју исцрпљивања ће бити веома снажно, а фотогенерисани носачи генерисани светлошћу ће се брзо одвојити и брзо померати под дејством електричног поља. Постоји вероватноћа да ће електрони ударити у решетку током овог процеса, узрокујући да електрони у решетки буду јонизовани. Овај процес се понавља, а јонизовани јони у решетки се такође сударају са решетком, што доводи до повећања броја носилаца наелектрисања у АПД-у, што резултира великом струјом. Ово је јединствени физички механизам унутар АПД-а који детектори засновани на АПД-у генерално имају карактеристике брзе брзине одзива, великог повећања тренутне вредности и високе осетљивости. У поређењу са ПН спојем и ПИН спојем, АПД има већу брзину одзива, што је највећа брзина одзива међу тренутним фотоосетљивим цевима.

(5) фотодетектор Шоткијевог споја
Основна структура фотодетектора Шоткијевог споја је Шоткијева диода, чије су електричне карактеристике сличне онима код ПН споја описаног горе, и има једносмерну проводљивост са позитивном проводношћу и реверзним прекидом. Када метал са високом радном функцијом и полупроводник са ниском радном функцијом дођу у контакт, формира се Шоткијева баријера, а резултирајући спој је Шоткијев спој. Главни механизам је донекле сличан ПН споју, узимајући за пример полупроводнике типа Н, када два материјала дођу у контакт, због различитих концентрација електрона два материјала, електрони у полупроводнику ће дифундирати на металну страну. Дифузни електрони се непрекидно акумулирају на једном крају метала, уништавајући тако првобитну електричну неутралност метала, формирајући уграђено електрично поље од полупроводника до метала на контактној површини, а електрони ће се померати под дејством унутрашње електрично поље, а дифузија и дрифт кретање носиоца ће се одвијати истовремено, након одређеног временског периода да би се постигла динамичка равнотежа, и коначно формирао Шоткијев спој. У условима светлости, област баријере директно апсорбује светлост и генерише парове електрон-рупа, док фотогенерисани носачи унутар ПН споја морају да прођу кроз дифузиони регион да би дошли до региона споја. У поређењу са ПН спојем, фотодетектор заснован на Шоткијевом споју има већу брзину одзива, а брзина одговора може чак и да достигне ниво нс.