फोटोडिटेक्टर उपकरणाच्या संरचनेचा प्रकार

चा प्रकारफोटोडिटेक्टर उपकरणरचना
फोटोडिटेक्टरऑप्टिकल सिग्नलला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करणारे उपकरण आहे, त्याची रचना आणि विविधता, मुख्यत्वे खालील श्रेणींमध्ये विभागली जाऊ शकते:
(1) फोटोकंडक्टिव्ह फोटोडिटेक्टर
जेव्हा फोटोकंडक्टिव्ह उपकरणे प्रकाशाच्या संपर्कात येतात, तेव्हा फोटोजनरेट केलेले वाहक त्यांची चालकता वाढवतात आणि त्यांचा प्रतिकार कमी करतात. खोलीच्या तपमानावर उत्तेजित वाहक विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली दिशात्मक पद्धतीने फिरतात, त्यामुळे विद्युतप्रवाह निर्माण होतो. प्रकाशाच्या स्थितीत, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात आणि संक्रमण होते. त्याच वेळी, ते विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली वाहतात आणि छायाचित्रण तयार करतात. परिणामी फोटोजनरेट केलेले वाहक उपकरणाची चालकता वाढवतात आणि त्यामुळे प्रतिकार कमी करतात. फोटोकंडक्टिव्ह फोटोडिटेक्टर्स सामान्यत: उच्च लाभ आणि कार्यक्षमतेत उत्कृष्ट प्रतिसाद दर्शवतात, परंतु ते उच्च-फ्रिक्वेंसी ऑप्टिकल सिग्नलला प्रतिसाद देऊ शकत नाहीत, त्यामुळे प्रतिसादाचा वेग कमी असतो, ज्यामुळे काही बाबींमध्ये फोटोकंडक्टिव्ह उपकरणांचा वापर मर्यादित होतो.

(२)पीएन फोटोडिटेक्टर
PN फोटोडिटेक्टर P-प्रकार सेमीकंडक्टर मटेरियल आणि N-प्रकार सेमीकंडक्टर मटेरियल यांच्यातील संपर्कामुळे तयार होतो. संपर्क तयार होण्यापूर्वी, दोन साहित्य वेगळ्या स्थितीत असतात. पी-टाइप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी लेव्हल व्हॅलेन्स बँडच्या काठाच्या जवळ असते, तर एन-टाइप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी लेव्हल कंडक्शन बँडच्या काठाच्या जवळ असते. त्याच वेळी, कंडक्शन बँडच्या काठावर असलेल्या एन-टाइप सामग्रीची फर्मी पातळी दोन सामग्रीची फर्मी पातळी समान स्थितीत येईपर्यंत सतत खाली सरकत असते. कंडक्शन बँड आणि व्हॅलेन्स बँडच्या स्थितीत बदल देखील बँडच्या झुकण्यासह असतो. PN जंक्शन समतोल स्थितीत आहे आणि एकसमान फर्मी स्तर आहे. चार्ज वाहक विश्लेषणाच्या दृष्टिकोनातून, P-प्रकारच्या साहित्यातील बहुतेक चार्ज वाहक छिद्रे आहेत, तर N-प्रकारच्या साहित्यातील बहुतेक चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन आहेत. जेव्हा दोन पदार्थ एकमेकांच्या संपर्कात असतात, तेव्हा वाहक एकाग्रतेतील फरकामुळे, N-प्रकारच्या पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन्स P-प्रकारात पसरतात, तर N-प्रकारच्या साहित्यातील इलेक्ट्रॉन छिद्रांच्या विरुद्ध दिशेने पसरतात. इलेक्ट्रॉन्स आणि छिद्रांच्या प्रसरणाने उरलेले न भरलेले क्षेत्र बिल्ट-इन इलेक्ट्रिक फील्ड तयार करेल आणि अंगभूत इलेक्ट्रिक फील्ड कॅरियर ड्रिफ्टकडे कल करेल आणि ड्रिफ्टची दिशा प्रसाराच्या दिशेच्या अगदी विरुद्ध असेल, याचा अर्थ असा की अंगभूत विद्युत क्षेत्राची निर्मिती वाहकांच्या प्रसारास प्रतिबंध करते आणि PN जंक्शनच्या आत दोन्ही प्रकारची गती संतुलित होईपर्यंत प्रसार आणि प्रवाह दोन्ही असतात, ज्यामुळे स्थिर वाहक प्रवाह शून्य असतो. अंतर्गत डायनॅमिक शिल्लक.
जेव्हा PN जंक्शन प्रकाश किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येते, तेव्हा फोटॉनची ऊर्जा वाहकाकडे हस्तांतरित केली जाते आणि फोटोजनित वाहक, म्हणजेच फोटोजनित इलेक्ट्रॉन-होल जोडी तयार होते. विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली, इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र अनुक्रमे N क्षेत्र आणि P क्षेत्राकडे वळतात आणि फोटोजनरेट केलेल्या वाहकाच्या दिशात्मक प्रवाहामुळे फोटोकरंट तयार होतो. हे पीएन जंक्शन फोटोडिटेक्टरचे मूलभूत तत्त्व आहे.

(३)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडिओड हे पी-टाइप मटेरियल आणि एन-टाइप मटेरिअल I लेयर दरम्यान असते, मटेरियलचा I लेयर सामान्यत: आंतरिक किंवा लो-डोपिंग मटेरियल असते. त्याची कार्यप्रणाली PN जंक्शन सारखीच असते, जेव्हा PIN जंक्शन प्रकाश किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येते तेव्हा फोटॉन इलेक्ट्रॉनमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करतो, फोटोजनित चार्ज वाहक तयार करतो आणि अंतर्गत विद्युत क्षेत्र किंवा बाह्य विद्युत क्षेत्र फोटोजनित इलेक्ट्रॉन-होल वेगळे करेल. डिप्लीशन लेयरमधील जोड्या आणि ड्रिफ्ट केलेले चार्ज वाहक बाह्य सर्किटमध्ये करंट तयार करतील. स्तर I द्वारे खेळली जाणारी भूमिका म्हणजे डिप्लेशन लेयरची रुंदी वाढवणे आणि I हा लेयर पूर्णपणे मोठ्या बायस व्होल्टेज अंतर्गत डिप्लेशन लेयर बनेल आणि व्युत्पन्न केलेल्या इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या वेगाने विभक्त होतील, त्यामुळे रिस्पॉन्स स्पीड PIN जंक्शन फोटोडिटेक्टर सामान्यतः PN जंक्शन डिटेक्टरपेक्षा वेगवान असतो. I लेयरच्या बाहेरील वाहक देखील डिफ्यूजन मोशनद्वारे डिप्लेशन लेयरद्वारे गोळा केले जातात, ज्यामुळे एक प्रसार प्रवाह तयार होतो. I लेयरची जाडी सामान्यतः खूप पातळ असते आणि त्याचा उद्देश डिटेक्टरच्या प्रतिसादाची गती सुधारणे हा आहे.

(४)एपीडी फोटोडिटेक्टरहिमस्खलन फोटोडायोड
ची यंत्रणाहिमस्खलन फोटोडायोडPN जंक्शन सारखे आहे. APD फोटोडिटेक्टर हेवीली डोप केलेले PN जंक्शन वापरतो, APD डिटेक्शनवर आधारित ऑपरेटिंग व्होल्टेज मोठा असतो आणि जेव्हा मोठा रिव्हर्स बायस जोडला जातो तेव्हा APD मध्ये टक्कर आयनीकरण आणि हिमस्खलन गुणाकार होतो आणि डिटेक्टरची कार्यक्षमता वाढलेली फोटोकरंट असते. जेव्हा APD रिव्हर्स बायस मोडमध्ये असतो, तेव्हा डिप्लिशन लेयरमधील इलेक्ट्रिक फील्ड खूप मजबूत असेल आणि प्रकाशाद्वारे निर्माण होणारे फोटोजनरेट केलेले वाहक त्वरीत वेगळे केले जातील आणि विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली त्वरीत वाहून जातील. या प्रक्रियेदरम्यान जाळीमध्ये इलेक्ट्रॉन्स आदळण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे जाळीतील इलेक्ट्रॉन आयनीकृत होतात. ही प्रक्रिया पुनरावृत्ती होते, आणि जाळीतील आयनीकृत आयन देखील जाळीशी आदळतात, ज्यामुळे APD मधील चार्ज वाहकांची संख्या वाढते, परिणामी मोठा प्रवाह होतो. APD मधील ही अद्वितीय भौतिक यंत्रणा आहे की APD-आधारित डिटेक्टरमध्ये सामान्यतः वेगवान प्रतिसाद गती, मोठ्या वर्तमान मूल्य वाढ आणि उच्च संवेदनशीलता ही वैशिष्ट्ये आहेत. PN जंक्शन आणि PIN जंक्शनच्या तुलनेत, APD चा प्रतिसाद वेग अधिक आहे, जो सध्याच्या प्रकाशसंवेदनशील ट्यूबमध्ये सर्वात जलद प्रतिसाद गती आहे.

(5) Schottky जंक्शन फोटोडिटेक्टर
Schottky जंक्शन फोटोडिटेक्टरची मूळ रचना एक Schottky डायोड आहे, ज्याची विद्युत वैशिष्ट्ये वर वर्णन केलेल्या PN जंक्शन सारखीच आहेत आणि त्यात सकारात्मक वहन आणि रिव्हर्स कट-ऑफसह एकदिशात्मक चालकता आहे. जेव्हा उच्च कार्य फंक्शन असलेले धातू आणि कमी कार्य फंक्शन असलेले सेमीकंडक्टर एकमेकांशी संपर्क साधतात तेव्हा एक Schottky अडथळा तयार होतो आणि परिणामी जंक्शन म्हणजे Schottky जंक्शन. मुख्य यंत्रणा काही प्रमाणात पीएन जंक्शन सारखीच आहे, एन-टाइप सेमीकंडक्टर्सचे उदाहरण घेते, जेव्हा दोन पदार्थ एकमेकांशी संपर्क साधतात तेव्हा दोन पदार्थांच्या भिन्न इलेक्ट्रॉन एकाग्रतेमुळे, सेमीकंडक्टरमधील इलेक्ट्रॉन धातूच्या बाजूला पसरतात. विखुरलेले इलेक्ट्रॉन धातूच्या एका टोकाला सतत जमा होतात, त्यामुळे धातूची मूळ विद्युत तटस्थता नष्ट होते, सेमीकंडक्टरपासून संपर्काच्या पृष्ठभागावरील धातूपर्यंत एक अंगभूत विद्युत क्षेत्र तयार होते आणि इलेक्ट्रॉन्सच्या क्रियेखाली वाहतात. अंतर्गत विद्युत क्षेत्र, आणि वाहकाचे प्रसरण आणि प्रवाह गती एकाच वेळी चालते, गतिशील समतोल गाठण्यासाठी काही कालावधीनंतर, आणि शेवटी एक Schottky जंक्शन तयार होईल. प्रकाश परिस्थितीत, अडथळा क्षेत्र थेट प्रकाश शोषून घेतो आणि इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार करतो, तर PN जंक्शनच्या आत फोटोजनित वाहकांना जंक्शन क्षेत्रापर्यंत पोहोचण्यासाठी प्रसार क्षेत्रातून जाणे आवश्यक आहे. PN जंक्शनच्या तुलनेत, Schottky जंक्शनवर आधारित फोटोडिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग अधिक आहे आणि प्रतिसादाचा वेग ns पातळीपर्यंत पोहोचू शकतो.