광검출기 장치 구조의 유형

유형광검출기 장치구조
광검출기‌광신호를 전기신호로 변환하는 장치로, ‌그 구조 및 종류는 주로 다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.
(1) 광전도성 광검출기
광전도 장치가 빛에 노출되면 광생성 캐리어는 전도성을 높이고 저항을 감소시킵니다. 실온에서 여기된 캐리어는 전기장의 작용에 따라 방향으로 이동하여 전류를 생성합니다. 빛의 조건에서는 전자가 여기되어 전이가 발생합니다. 동시에, 전기장의 작용으로 표류하여 광전류를 형성합니다. 생성된 광생성 캐리어는 장치의 전도성을 증가시켜 저항을 감소시킵니다. 광전도 광검출기는 일반적으로 성능 면에서 높은 이득과 큰 응답성을 나타내지만, 고주파 광신호에 응답할 수 없어 응답 속도가 느려 일부 측면에서 광전도 소자의 적용이 제한됩니다.

(2)PN 광검출기
PN 광검출기는 P형 반도체 물질과 N형 반도체 물질이 접촉되어 형성됩니다. 접점이 형성되기 전에 두 재료는 별도의 상태에 있습니다. P형 반도체의 페르미 준위는 가전자대 가장자리에 가깝고, N형 반도체의 페르미 준위는 전도대 가장자리에 가깝습니다. 동시에 전도대의 가장자리에 있는 N형 물질의 페르미 준위는 두 물질의 페르미 준위가 동일한 위치에 있을 때까지 계속해서 아래쪽으로 이동합니다. 전도대와 원자가대의 위치 변화는 또한 띠의 구부러짐을 동반합니다. PN 접합은 평형 상태에 있으며 균일한 페르미 준위를 갖습니다. 전하 캐리어 분석 측면에서 볼 때, P형 물질의 전하 캐리어 대부분은 정공인 반면, N형 물질의 전하 캐리어 대부분은 전자입니다. 두 물질이 접촉하면 캐리어 농도의 차이로 인해 N형 물질의 전자는 P형으로 확산되고, N형 물질의 전자는 정공과 반대 방향으로 확산됩니다. 전자와 정공의 확산으로 인해 보상되지 않은 영역은 내장된 전기장을 형성하고 내장된 전기장은 캐리어 드리프트 경향을 갖게 되며 드리프트 방향은 확산 방향과 정반대입니다. 내장된 전기장이 형성되면 캐리어의 확산이 방지되고, 두 종류의 운동이 균형을 이룰 때까지 PN 접합 내부에서 확산과 드리프트가 모두 발생하여 정적 캐리어 흐름이 0이 됩니다. 내부 동적 균형.
PN 접합이 광복사에 노출되면 광자의 에너지가 캐리어로 전달되어 광생성 캐리어, 즉 광생성 전자-정공쌍이 생성된다. 전기장의 작용으로 전자와 정공은 각각 N 영역과 P 영역으로 표류하고, 광생성 캐리어의 방향 표류는 광전류를 생성합니다. 이것이 PN 접합 광검출기의 기본 원리이다.

(3)PIN 광검출기
핀 포토다이오드는 I층 사이에 있는 P형 재료와 N형 재료이며, I층 재료는 일반적으로 고유성 또는 저도핑 재료입니다. 작동 메커니즘은 PN 접합과 유사합니다. PIN 접합이 빛 복사에 노출되면 광자가 에너지를 전자로 전달하여 광생성 전하 캐리어를 생성하고 내부 전기장 또는 외부 전기장이 광생성 전자-정공을 분리합니다 공핍층의 쌍과 드리프트된 전하 캐리어는 외부 회로에서 전류를 형성합니다. I층의 역할은 공핍층의 폭을 넓히는 것인데, 큰 바이어스 전압 하에서 I층은 완전히 공핍층이 되어 생성된 전자-정공쌍이 빠르게 분리되므로 응답속도가 빨라진다. PIN 접합 광검출기는 일반적으로 PN 접합 검출기보다 빠릅니다. I층 외부의 캐리어도 확산 운동을 통해 공핍층에 의해 수집되어 확산 전류를 형성합니다. I층의 두께는 일반적으로 매우 얇으며, 그 목적은 검출기의 응답 속도를 향상시키는 것입니다.

(4)APD 광검출기눈사태 포토다이오드
메커니즘눈사태 포토다이오드PN접합과 유사하다. APD 광검출기는 고농도로 도핑된 PN 접합을 사용하며, APD 검출에 따른 동작 전압이 크고, 큰 역방향 바이어스가 추가되면 APD 내부에서 충돌 이온화 및 애벌랜치 증폭이 발생하여 검출기의 성능이 광전류로 향상됩니다. APD가 역바이어스 모드에 있을 때 공핍층의 전기장은 매우 강하며, 빛에 의해 생성된 광생성 캐리어는 전기장의 작용에 따라 빠르게 분리되고 빠르게 표류합니다. 이 과정에서 전자가 격자에 부딪혀 격자의 전자가 이온화될 가능성이 있습니다. 이 과정이 반복되면서 격자 안의 이온화된 이온도 격자와 충돌해 APD 안의 전하 캐리어 수가 늘어나 전류가 커지게 된다. APD 기반 감지기가 일반적으로 빠른 응답 속도, 큰 전류 값 이득 및 높은 감도의 특성을 갖는 것은 APD 내부의 이러한 고유한 물리적 메커니즘입니다. PN 접합과 PIN 접합에 비해 APD는 응답 속도가 더 빠르며, 이는 현재 감광성 튜브 중에서 가장 빠른 응답 속도입니다.

(5) 쇼트키 접합 광검출기
쇼트키 접합 광검출기의 기본 구조는 쇼트키 다이오드로, 전기적 특성은 위에서 설명한 PN 접합과 유사하며, 양의 전도와 역방향 차단이 있는 단방향 전도성을 갖는다. 일함수가 높은 금속과 일함수가 낮은 반도체가 접촉하면 쇼트키 장벽이 형성되고, 그 결과 접합이 쇼트키 접합이 된다. 주요 메커니즘은 PN 접합과 다소 유사합니다. 예를 들어 N형 반도체를 사용하면 두 재료가 접촉을 형성할 때 두 재료의 전자 농도가 다르기 때문에 반도체의 전자가 금속 쪽으로 확산됩니다. 확산된 전자는 금속의 한쪽 끝에 지속적으로 축적되어 금속의 원래 전기적 중성을 파괴하고 반도체에서 접촉면의 금속까지 내장된 전기장을 형성하고 전자는 금속의 작용에 따라 표류하게 됩니다. 내부 전기장과 캐리어의 확산 및 표류 운동은 동적 평형에 도달하는 데 일정 시간이 지난 후 동시에 수행되어 최종적으로 쇼트키 접합을 형성합니다. 빛 조건에서 장벽 영역은 빛을 직접 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 반면, PN 접합 내부의 광 생성 캐리어는 확산 영역을 통과하여 접합 영역에 도달해야 합니다. 쇼트키 접합을 기반으로 한 광검출기는 PN 접합에 비해 응답 속도가 더 빠르며 응답 속도도 ns 수준에 도달할 수 있습니다.