फोटोडिटेक्टर उपकरणाच्या संरचनेचा प्रकार

प्रकारफोटोडिटेक्टर डिव्हाइसरचना
फोटोडिटेक्टरहे एक उपकरण आहे जे ऑप्टिकल सिग्नलला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करते, त्याची रचना आणि विविधता, मुख्यतः खालील श्रेणींमध्ये विभागली जाऊ शकते: ‌
(१) फोटोकंडक्टिव्ह फोटोडिटेक्टर
जेव्हा प्रकाशवाहक उपकरणे प्रकाशाच्या संपर्कात येतात तेव्हा फोटोजनरेटेड कॅरियर त्यांची चालकता वाढवतात आणि त्यांचा प्रतिकार कमी करतात. खोलीच्या तपमानावर उत्साहित असलेले कॅरियर विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली दिशात्मक पद्धतीने हालचाल करतात, त्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. प्रकाशाच्या स्थितीत, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात आणि संक्रमण होते. त्याच वेळी, ते विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली वाहून जाऊन फोटोकरंट तयार करतात. परिणामी फोटोजनरेटेड कॅरियर उपकरणाची चालकता वाढवतात आणि त्यामुळे प्रतिकार कमी करतात. फोटोकंडक्टिव्ह फोटोडिटेक्टर सहसा उच्च लाभ आणि कार्यक्षमतेत उत्तम प्रतिसाद दर्शवतात, परंतु ते उच्च-फ्रिक्वेन्सी ऑप्टिकल सिग्नलला प्रतिसाद देऊ शकत नाहीत, म्हणून प्रतिसाद गती मंद असते, ज्यामुळे काही बाबींमध्ये फोटोकंडक्टिव्ह डिव्हाइसेसचा वापर मर्यादित होतो.

(२)पीएन फोटोडिटेक्टर
पी-टाईप सेमीकंडक्टर मटेरियल आणि एन-टाईप सेमीकंडक्टर मटेरियल यांच्या संपर्कातून पीएन फोटोडिटेक्टर तयार होतो. संपर्क तयार होण्यापूर्वी, दोन्ही पदार्थ वेगळ्या स्थितीत असतात. पी-टाईप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी पातळी व्हॅलेन्स बँडच्या काठाजवळ असते, तर एन-टाईप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी पातळी वाहकता बँडच्या काठाजवळ असते. त्याच वेळी, वाहकता बँडच्या काठावर असलेल्या एन-टाईप मटेरियलची फर्मी पातळी सतत खाली सरकवली जाते जोपर्यंत दोन्ही पदार्थांची फर्मी पातळी समान स्थितीत येत नाही. वाहकता बँड आणि व्हॅलेन्स बँडच्या स्थितीत बदल देखील बँडच्या वाकण्यासोबत होतो. पीएन जंक्शन समतोल स्थितीत आहे आणि त्याची एकसमान फर्मी पातळी आहे. चार्ज कॅरियर विश्लेषणाच्या दृष्टिकोनातून, पी-टाईप मटेरियलमधील बहुतेक चार्ज कॅरियर छिद्रे असतात, तर एन-टाईप मटेरियलमधील बहुतेक चार्ज कॅरियर इलेक्ट्रॉन असतात. जेव्हा दोन्ही पदार्थ एकमेकांशी संपर्कात असतात, तेव्हा वाहक सांद्रतेतील फरकामुळे, N-प्रकारच्या पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन P-प्रकारात पसरतील, तर N-प्रकारच्या पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन छिद्रांच्या विरुद्ध दिशेने पसरतील. इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांच्या प्रसारामुळे उरलेले भरपाई न केलेले क्षेत्र अंगभूत विद्युत क्षेत्र तयार करेल आणि अंगभूत विद्युत क्षेत्र वाहक प्रवाहाकडे वळेल आणि प्रवाहाची दिशा प्रसाराच्या दिशेच्या अगदी विरुद्ध असेल, याचा अर्थ असा की अंगभूत विद्युत क्षेत्राची निर्मिती वाहकांच्या प्रसारास प्रतिबंध करते आणि दोन्ही प्रकारच्या गती संतुलित होईपर्यंत PN जंक्शनमध्ये प्रसार आणि प्रवाह दोन्ही असतात, जेणेकरून स्थिर वाहक प्रवाह शून्य असेल. अंतर्गत गतिमान संतुलन.
जेव्हा PN जंक्शन प्रकाश किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येते तेव्हा फोटॉनची ऊर्जा वाहकाकडे हस्तांतरित केली जाते आणि फोटोजनरेटेड वाहक, म्हणजेच फोटोजनरेटेड इलेक्ट्रॉन-होल जोडी निर्माण होते. विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली, इलेक्ट्रॉन आणि होल अनुक्रमे N प्रदेश आणि P प्रदेशात वाहून जातात आणि फोटोजनरेटेड वाहकाच्या दिशात्मक वाहून जाण्यामुळे फोटोकरंट निर्माण होतो. हे PN जंक्शन फोटोडिटेक्टरचे मूलभूत तत्व आहे.

(३)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडायोड हे P-प्रकारचे मटेरियल आणि I थरांमधील N-प्रकारचे मटेरियल आहे, मटेरियलचा I थर सामान्यतः एक आंतरिक किंवा कमी-डोपिंग मटेरियल असतो. त्याची कार्य यंत्रणा PN जंक्शनसारखीच असते, जेव्हा PIN जंक्शन प्रकाश किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येते तेव्हा फोटॉन इलेक्ट्रॉनमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करतो, फोटोजनरेटेड चार्ज कॅरियर्स निर्माण करतो आणि अंतर्गत इलेक्ट्रिक फील्ड किंवा बाह्य इलेक्ट्रिक फील्ड डिप्लेशन लेयरमधील फोटोजनरेटेड इलेक्ट्रॉन-होल जोड्यांना वेगळे करेल आणि ड्रिफ्टेड चार्ज कॅरियर्स बाह्य सर्किटमध्ये करंट तयार करतील. लेयर I द्वारे बजावली जाणारी भूमिका म्हणजे डिप्लेशन लेयरची रुंदी वाढवणे आणि लेयर I मोठ्या बायस व्होल्टेज अंतर्गत पूर्णपणे डिप्लेशन लेयर बनेल आणि जनरेटेड इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या वेगाने विभक्त होतील, त्यामुळे पिन जंक्शन फोटोडिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग सामान्यतः PN जंक्शन डिटेक्टरपेक्षा वेगवान असतो. I लेयरच्या बाहेरील वाहक देखील डिप्लेशन लेयरद्वारे डिप्लेशन मोशनद्वारे गोळा केले जातात, ज्यामुळे डिप्लेशन करंट तयार होतो. I लेयरची जाडी सामान्यतः खूप पातळ असते आणि त्याचा उद्देश डिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग सुधारणे आहे.

(४)एपीडी फोटोडिटेक्टरहिमस्खलन फोटोडायोड
ची यंत्रणाहिमस्खलन फोटोडायोडहे पीएन जंक्शनसारखेच आहे. एपीडी फोटोडिटेक्टरमध्ये जास्त डोप केलेले पीएन जंक्शन वापरले जाते, एपीडी डिटेक्शनवर आधारित ऑपरेटिंग व्होल्टेज मोठे असते आणि जेव्हा मोठा रिव्हर्स बायस जोडला जातो तेव्हा एपीडीच्या आत टक्कर आयनीकरण आणि हिमस्खलन गुणाकार होतो आणि डिटेक्टरची कार्यक्षमता फोटोकरंटमध्ये वाढते. जेव्हा एपीडी रिव्हर्स बायस मोडमध्ये असते तेव्हा डिप्लेशन लेयरमधील विद्युत क्षेत्र खूप मजबूत असेल आणि प्रकाशाद्वारे निर्माण होणारे फोटोजनरेटेड वाहक त्वरीत वेगळे होतील आणि विद्युत क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत त्वरीत वाहून जातील. या प्रक्रियेदरम्यान इलेक्ट्रॉन जाळीत आदळण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे जाळीतील इलेक्ट्रॉन आयनीकृत होतात. ही प्रक्रिया पुनरावृत्ती होते आणि जाळीतील आयनीकृत आयन देखील जाळीशी आदळतात, ज्यामुळे एपीडीमधील चार्ज वाहकांची संख्या वाढते, परिणामी मोठा प्रवाह निर्माण होतो. एपीडीमधील ही अद्वितीय भौतिक यंत्रणा आहे की एपीडी-आधारित डिटेक्टरमध्ये सामान्यतः जलद प्रतिसाद गती, मोठे करंट मूल्य वाढ आणि उच्च संवेदनशीलता ही वैशिष्ट्ये असतात. पीएन जंक्शन आणि पिन जंक्शनच्या तुलनेत, एपीडीचा प्रतिसाद वेग वेगवान आहे, जो सध्याच्या प्रकाशसंवेदनशील नळ्यांमध्ये सर्वात वेगवान प्रतिसाद वेग आहे.

(५) स्कॉटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टर
स्कॉटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टरची मूलभूत रचना स्कॉटकी डायोड आहे, ज्याची विद्युत वैशिष्ट्ये वर वर्णन केलेल्या पीएन जंक्शनसारखीच आहेत आणि त्यात सकारात्मक चालकता आणि उलट कट-ऑफसह एकदिशात्मक चालकता आहे. जेव्हा उच्च कार्य कार्य असलेला धातू आणि कमी कार्य कार्य असलेला अर्धवाहक संपर्क साधतो तेव्हा स्कॉटकी अडथळा तयार होतो आणि परिणामी जंक्शन स्कॉटकी जंक्शन असतो. मुख्य यंत्रणा काही प्रमाणात पीएन जंक्शनसारखीच असते, उदाहरणार्थ एन-प्रकारचे अर्धवाहक घेतल्यास, जेव्हा दोन पदार्थ संपर्कात येतात तेव्हा दोन पदार्थांच्या वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉन सांद्रतेमुळे, अर्धवाहकातील इलेक्ट्रॉन धातूच्या बाजूला पसरतील. विखुरलेले इलेक्ट्रॉन धातूच्या एका टोकाला सतत जमा होतात, अशा प्रकारे धातूची मूळ विद्युत तटस्थता नष्ट होते, अर्धवाहकांपासून संपर्क पृष्ठभागावर धातूपर्यंत एक अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र तयार होते आणि अंतर्गत विद्युत क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत इलेक्ट्रॉन वाहून जातील आणि वाहकाची प्रसार आणि प्रवाह गती एकाच वेळी चालविली जाईल, गतिमान समतोल गाठण्यासाठी काही काळानंतर आणि शेवटी स्कॉटकी जंक्शन तयार होईल. प्रकाशाच्या परिस्थितीत, अडथळा प्रदेश थेट प्रकाश शोषून घेतो आणि इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या निर्माण करतो, तर पीएन जंक्शनमधील फोटोजनरेटेड वाहकांना जंक्शन प्रदेशापर्यंत पोहोचण्यासाठी प्रसार प्रदेशातून जावे लागते. पीएन जंक्शनच्या तुलनेत, स्कॉटकी जंक्शनवर आधारित फोटोडिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग जलद असतो आणि प्रतिसाद वेग एनएस पातळीपर्यंत देखील पोहोचू शकतो.