Tipu didispusitivu di fotodetettorestruttura
Fotodetectorhè un dispusitivu chì cunverte u signale otticu in signale elettricu, a so struttura è varietà, pò esse divisa principalmente in e seguenti categurie:
(1) Fotodetector fotoconduttivu
Quandu i dispusitivi fotoconduttori sò esposti à a luce, u purtatore fotogeneratu aumenta a so cunduttività è diminuisce a so resistenza. I purtatori eccitati à temperatura ambiente si movenu in modu direzziunale sottu l'azione di un campu elettricu, generendu cusì una corrente. Sottu a cundizione di luce, l'elettroni sò eccitati è si verifica una transizione. À u listessu tempu, derivanu sottu l'azione di un campu elettricu per furmà una fotocorrente. I purtatori fotogenerati risultanti aumentanu a cunduttività di u dispusitivu è cusì riducenu a resistenza. I fotodetectori fotoconduttori mostranu di solitu un guadagnu elevatu è una grande reattività in termini di prestazioni, ma ùn ponu micca risponde à i signali ottici d'alta frequenza, dunque a velocità di risposta hè lenta, ciò chì limita l'applicazione di dispusitivi fotoconduttori in certi aspetti.
(2)Fotodetector PN
U fotodetector PN hè furmatu da u cuntattu trà u materiale semiconduttore di tipu P è u materiale semiconduttore di tipu N. Prima di a furmazione di u cuntattu, i dui materiali sò in un statu separatu. U livellu di Fermi in u semiconduttore di tipu P hè vicinu à u bordu di a banda di valenza, mentre chì u livellu di Fermi in u semiconduttore di tipu N hè vicinu à u bordu di a banda di conduzione. À u listessu tempu, u livellu di Fermi di u materiale di tipu N à u bordu di a banda di conduzione hè continuamente spustatu versu u bassu finu à chì u livellu di Fermi di i dui materiali hè in a listessa pusizione. U cambiamentu di a pusizione di a banda di conduzione è di a banda di valenza hè ancu accumpagnatu da a piegatura di a banda. A giunzione PN hè in equilibriu è hà un livellu di Fermi uniforme. Da u puntu di vista di l'analisi di i purtatori di carica, a maiò parte di i purtatori di carica in i materiali di tipu P sò buchi, mentre chì a maiò parte di i purtatori di carica in i materiali di tipu N sò elettroni. Quandu i dui materiali sò in cuntattu, per via di a differenza in a cuncentrazione di i purtatori, l'elettroni in i materiali di tipu N si diffonderanu à u tipu P, mentre chì l'elettroni in i materiali di tipu N si diffonderanu in a direzzione opposta à i buchi. L'area micca cumpensata lasciata da a diffusione di l'elettroni è di i lacune formerà un campu elettricu integratu, è u campu elettricu integratu tenderà à a deriva di u purtatore, è a direzzione di a deriva hè ghjustu opposta à a direzzione di a diffusione, ciò chì significa chì a furmazione di u campu elettricu integratu impedisce a diffusione di i purtatori, è ci sò sia diffusione sia deriva in a giunzione PN finu à chì i dui tipi di muvimentu sò equilibrati, in modu chì u flussu di purtatori statichi hè zero. Equilibriu dinamicu internu.
Quandu a giunzione PN hè esposta à a radiazione luminosa, l'energia di u fotone hè trasferita à u purtatore, è u purtatore fotogeneratu, vale à dì, a coppia elettrone-lacuna fotogenerata, hè generata. Sottu l'azione di u campu elettricu, l'elettrone è u lacuna derivanu rispettivamente versu a regione N è a regione P, è a deriva direzionale di u purtatore fotogeneratu genera fotocorrente. Questu hè u principiu basicu di u fotodetector di giunzione PN.
(3)Fotodetector PIN
U fotodiodu Pin hè un materiale di tipu P è un materiale di tipu N trà u stratu I, u stratu I di u materiale hè generalmente un materiale intrinsecu o à bassu doping. U so mecanismu di funziunamentu hè simile à a giunzione PN, quandu a giunzione PIN hè esposta à a radiazione luminosa, u fotone trasferisce energia à l'elettrone, generendu portatori di carica fotogenerati, è u campu elettricu internu o u campu elettricu esternu separerà e coppie elettrone-lacunu fotogenerate in u stratu di svuotamentu, è i portatori di carica derivanti formeranu una corrente in u circuitu esternu. U rolu ghjucatu da u stratu I hè di espansione a larghezza di u stratu di svuotamentu, è u stratu I diventerà cumpletamente u stratu di svuotamentu sottu una grande tensione di polarizazione, è e coppie elettrone-lacunu generate saranu rapidamente separate, dunque a velocità di risposta di u fotodetector di giunzione PIN hè generalmente più veloce di quella di u detector di giunzione PN. I portatori fora di u stratu I sò ancu raccolti da u stratu di svuotamentu per via di u muvimentu di diffusione, furmendu una corrente di diffusione. U spessore di u stratu I hè generalmente assai finu, è u so scopu hè di migliurà a velocità di risposta di u detector.
(4)Fotodetector APDfotodiodu à valanga
U mecanismu difotodiodu à valangahè simile à quellu di a giunzione PN. U fotodetector APD usa una giunzione PN assai drogata, a tensione di funziunamentu basata annantu à a rilevazione APD hè grande, è quandu si aghjusta una grande polarizazione inversa, si verificanu ionizazione di collisione è multiplicazione di valanga in l'APD, è e prestazioni di u detector sò aumentate da a fotocorrente. Quandu l'APD hè in a modalità di polarizazione inversa, u campu elettricu in u stratu di svuotamentu serà assai forte, è i purtatori fotogenerati generati da a luce saranu rapidamente separati è deriveranu rapidamente sottu l'azione di u campu elettricu. Ci hè una probabilità chì l'elettroni si scontranu in u reticolo durante questu prucessu, pruvucendu a ionizazione di l'elettroni in u reticolo. Questu prucessu hè ripetutu, è l'ioni ionizzati in u reticolo si scontranu ancu cù u reticolo, pruvucendu un aumentu di u numeru di purtatori di carica in l'APD, risultendu in una grande corrente. Hè questu mecanismu fisicu unicu in l'APD chì i detector basati annantu à l'APD anu generalmente e caratteristiche di velocità di risposta rapida, grande guadagnu di valore di corrente è alta sensibilità. In paragone cù a giunzione PN è a giunzione PIN, l'APD hà una velocità di risposta più rapida, chì hè a velocità di risposta più rapida trà i tubi fotosensibili attuali.
(5) Fotodetector di giunzione Schottky
A struttura basica di u fotodetector di giunzione Schottky hè un diodu Schottky, chì e so caratteristiche elettriche sò simili à quelle di a giunzione PN descritta sopra, è hà una conduttività unidirezionale cù conduzione pusitiva è cut-off inversu. Quandu un metallu cù una funzione di travagliu alta è un semiconduttore cù una funzione di travagliu bassa formanu cuntattu, si forma una barriera Schottky, è a giunzione risultante hè una giunzione Schottky. U mecanismu principale hè in qualchì modu simile à a giunzione PN, pigliendu i semiconduttori di tipu N cum'è esempiu, quandu dui materiali formanu cuntattu, per via di e diverse concentrazioni elettroniche di i dui materiali, l'elettroni in u semiconduttore si diffonderanu versu u latu metallicu. L'elettroni diffusi s'accumulanu continuamente à una estremità di u metallu, distruggendu cusì a neutralità elettrica originale di u metallu, furmendu un campu elettricu integratu da u semiconduttore à u metallu nantu à a superficia di cuntattu, è l'elettroni si moveranu sottu l'azione di u campu elettricu internu, è u muvimentu di diffusione è di deriva di u purtatore serà realizatu simultaneamente, dopu un periodu di tempu per ghjunghje à l'equilibriu dinamicu, è infine formanu una giunzione Schottky. In cundizioni di luce, a regione di barriera assorbe direttamente a luce è genera coppie elettrone-lacunu, mentre chì i purtatori fotogenerati in a giunzione PN devenu passà per a regione di diffusione per ghjunghje à a regione di giunzione. In paragone cù a giunzione PN, u fotodetector basatu annantu à a giunzione Schottky hà una velocità di risposta più rapida, è a velocità di risposta pò ancu ghjunghje à u livellu di ns.
Data di publicazione: 13 d'aostu 2024