Valonilmaisimen rakenteen tyyppi

Tyyppivalontunnistinlaiterakenne
Valoilmaisinon laite, joka muuntaa optisen signaalin sähköiseksi signaaliksi, sen rakenne ja lajike ‌ voidaan jakaa pääasiassa seuraaviin luokkiin: ‌
(1) Valojohtava valoilmaisin
Kun valoa johtavat laitteet altistetaan valolle, valokenno lisää niiden johtavuutta ja vähentää niiden vastusta. Huoneenlämmössä virittyneet kantoaineet liikkuvat suunnattuna sähkökentän vaikutuksesta ja muodostavat siten virran. Valon olosuhteissa elektronit virittyvät ja tapahtuu siirtymä. Samaan aikaan ne ajautuvat sähkökentän vaikutuksesta muodostaen valovirran. Tuloksena syntyvät valokeinot lisäävät laitteen johtavuutta ja vähentävät siten vastusta. Valojohtavat valodetektorit osoittavat yleensä suurta vahvistusta ja suurta vastetta suorituskyvyssä, mutta ne eivät pysty reagoimaan korkeataajuisiin optisiin signaaleihin, joten vastenopeus on hidas, mikä rajoittaa valoa johtavien laitteiden käyttöä joissakin näkökohdissa.

(2)PN-valodetektori
PN-valoilmaisin muodostuu P-tyypin puolijohdemateriaalin ja N-tyypin puolijohdemateriaalin välisestä kosketuksesta. Ennen kosketuksen muodostumista nämä kaksi materiaalia ovat erillisessä tilassa. Fermi-taso P-tyypin puolijohteessa on lähellä valenssikaistan reunaa, kun taas Fermi-taso N-tyypin puolijohteessa on lähellä johtavuuskaistan reunaa. Samanaikaisesti N-tyypin materiaalin Fermi-tasoa johtavuuskaistan reunalla siirretään jatkuvasti alaspäin, kunnes molempien materiaalien Fermi-taso on samassa paikassa. Johtonauhan ja valenssikaistan sijainnin muutokseen liittyy myös nauhan taipuminen. PN-risteys on tasapainossa ja sillä on tasainen Fermi-taso. Varauksenkantaja-analyysin näkökulmasta suurin osa P-tyypin materiaalien varauksenkuljettajista on reikiä, kun taas suurin osa N-tyypin materiaalien varauksenkantajista on elektroneja. Kun nämä kaksi materiaalia ovat kosketuksissa kantoainepitoisuuden erosta johtuen, N-tyypin materiaalien elektronit diffuusoituvat P-tyyppiin, kun taas N-tyypin materiaalien elektronit diffundoituvat päinvastaiseen suuntaan kuin reikiä. Elektronien ja reikien diffuusion jättämä kompensoimaton alue muodostaa sisäänrakennetun sähkökentän, ja sisäänrakennettu sähkökenttä suuntaa kantoaallon ajautumista, ja ajautumisen suunta on juuri päinvastainen diffuusion suuntaan, mikä tarkoittaa, että sisäänrakennetun sähkökentän muodostuminen estää kantoaaltojen diffuusion ja PN-liitoksen sisällä on sekä diffuusiota että ajautumista, kunnes nämä kaksi liiketyyppiä ovat tasapainossa niin, että staattinen kantoaaltovirta on nolla. Sisäinen dynaaminen tasapaino.
Kun PN-liitos altistetaan valosäteilylle, fotonin energia siirtyy kantajalle ja syntyy valogeneroitu kantoaalto eli fotogeneroitu elektroni-reikä-pari. Sähkökentän vaikutuksesta elektroni ja aukko ajautuvat vastaavasti N-alueelle ja P-alueelle, ja valogeneroidun kantoaallon suuntasiirtymä synnyttää valovirtaa. Tämä on PN-liitosvalodetektorin perusperiaate.

(3)PIN-valotunnistin
Pin fotodiodi on P-tyyppinen materiaali ja N-tyyppinen materiaali I-kerroksen välissä, materiaalin I-kerros on yleensä luontaista tai vähän seostusmateriaalia. Sen toimintamekanismi on samanlainen kuin PN-liitoksessa, kun PIN-liitos altistuu valosäteilylle, fotoni siirtää energiaa elektroniin, jolloin syntyy valokehittäviä varauksenkuljettajia ja sisäinen sähkökenttä tai ulkoinen sähkökenttä erottaa valonmuodostetun elektronireiän. paria tyhjennyskerroksessa, ja ajautuneet varauksenkantajat muodostavat virran ulkoiseen piiriin. Kerroksen I tehtävänä on laajentaa tyhjennyskerroksen leveyttä, ja kerroksesta I tulee kokonaan tyhjennyskerros suurella biasjännitteellä, ja muodostuneet elektroni-reikäparit erottuvat nopeasti, joten PIN-liitoksen valoilmaisin on yleensä nopeampi kuin PN-liitoksen ilmaisin. Myös I-kerroksen ulkopuoliset kantajat kerääntyvät poistokerroksesta diffuusioliikkeen kautta muodostaen diffuusiovirran. I-kerroksen paksuus on yleensä hyvin ohut ja sen tarkoituksena on parantaa ilmaisimen vastenopeutta.

(4)APD-valodetektorilumivyöry valodiodi
Mekanismilumivyöry valodiodion samanlainen kuin PN-liitos. APD-valodetektori käyttää voimakkaasti seostettua PN-liitosta, APD-tunnistukseen perustuva käyttöjännite on suuri, ja kun siihen lisätään suuri käänteinen bias, APD:n sisällä tapahtuu törmäysionisaatiota ja lumivyöryn lisääntymistä ja ilmaisimen suorituskyky lisääntyy valovirtaan. Kun APD on käänteisessä bias-tilassa, sähkökenttä tyhjennyskerroksessa on erittäin voimakas ja valon synnyttämät valon tuottamat kantajat erottuvat nopeasti ja ajautuvat nopeasti sähkökentän vaikutuksesta. On todennäköistä, että elektronit törmäävät hilaan tämän prosessin aikana, jolloin hilassa olevat elektronit ionisoituvat. Tämä prosessi toistetaan, ja myös hilassa olevat ionisoidut ionit törmäävät hilan kanssa aiheuttaen APD:n varauksenkuljettajien määrän lisääntymisen, mikä johtaa suureen virtaan. Tämä ainutlaatuinen fyysinen mekanismi APD:ssä on se, että APD-pohjaisilla ilmaisimilla on yleensä nopea vastenopeus, suuri virran arvon vahvistus ja korkea herkkyys. Verrattuna PN- ja PIN-liitokseen, APD:llä on nopeampi vastenopeus, mikä on nopein vastenopeus nykyisistä valoherkistä putkista.

(5) Schottky-liitoksen valodetektori
Schottky-liitoksen valotunnistimen perusrakenne on Schottky-diodi, jonka sähköiset ominaisuudet ovat samanlaiset kuin yllä kuvatulla PN-liitoksella ja jolla on yksisuuntainen johtavuus positiivisella johtavuudella ja käänteisellä katkaisulla. Kun metalli, jolla on korkea työfunktio, ja puolijohde, jolla on pieni työfunktio, muodostavat kontaktin, muodostuu Schottky-sulku ja tuloksena on Schottky-liitos. Päämekanismi on jossain määrin samanlainen kuin PN-liitoksessa, esimerkkinä N-tyyppiset puolijohteet, jolloin kahden materiaalin muodostaessa kosketuksen näiden kahden materiaalin erilaisista elektronipitoisuuksista johtuen puolijohteessa olevat elektronit diffundoituvat metallipuolelle. Diffundoituneet elektronit kerääntyvät jatkuvasti metallin toiseen päähän, mikä tuhoaa metallin alkuperäisen sähköisen neutraaliuden, muodostaen sisäänrakennetun sähkökentän puolijohteesta kosketuspinnalle metalliin ja elektronit ajautuvat metallin vaikutuksesta. sisäinen sähkökenttä, ja kantoaallon diffuusio- ja drift-liike suoritetaan samanaikaisesti, jonkin ajan kuluttua dynaamisen tasapainon saavuttamiseksi ja lopuksi Schottky-risteyksen muodostamiseksi. Valoolosuhteissa estealue absorboi suoraan valoa ja muodostaa elektroni-reikä-pareja, kun taas PN-liitoksen sisällä olevien valogeneroitujen kantajien on läpäistävä diffuusioalue päästäkseen liitosalueelle. PN-risteykseen verrattuna Schottky-risteykseen perustuvalla valotunnistimella on nopeampi vastenopeus ja vastenopeus voi olla jopa ns.