फोटोडिटेक्टर उपकरणाच्या संरचनेचा प्रकार

प्रकारफोटोडिटेक्टर उपकरणरचना
फोटोडिटेक्टरप्रकाशीय संकेताचे विद्युत संकेतामध्ये रूपांतर करणारे उपकरण आहे, त्याची रचना आणि प्रकारानुसार, मुख्यत्वे खालील श्रेणींमध्ये वर्गीकरण करता येते:
(1) प्रकाशवाहक प्रकाशशोधक
जेव्हा प्रकाशवाहक उपकरणे प्रकाशाच्या संपर्कात येतात, तेव्हा प्रकाशामुळे निर्माण झालेले वाहक त्यांची चालकता वाढवतात आणि त्यांचा रोध कमी करतात. सामान्य तापमानात उत्तेजित झालेले वाहक विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली एका विशिष्ट दिशेने फिरतात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. प्रकाशाच्या परिस्थितीत, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होतात आणि संक्रमण होते. त्याच वेळी, ते विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली वाहून जातात आणि प्रकाशविद्युत प्रवाह तयार करतात. परिणामी प्रकाशामुळे निर्माण झालेले वाहक उपकरणाची चालकता वाढवतात आणि त्यामुळे रोध कमी होतो. प्रकाशवाहक प्रकाशशोधक सामान्यतः उच्च लाभ आणि उत्तम प्रतिसादक्षमता दर्शवतात, परंतु ते उच्च-वारंवारतेच्या प्रकाशीय संकेतांना प्रतिसाद देऊ शकत नाहीत, त्यामुळे प्रतिसादाचा वेग मंद असतो, ज्यामुळे काही बाबतीत प्रकाशवाहक उपकरणांच्या वापराला मर्यादा येतात.

(2)पीएन फोटोडिटेक्टर
पीएन फोटोडिटेक्टर हा पी-टाइप सेमीकंडक्टर मटेरियल आणि एन-टाइप सेमीकंडक्टर मटेरियल यांच्या संपर्काने तयार होतो. संपर्क होण्यापूर्वी, हे दोन्ही मटेरियल वेगळ्या अवस्थेत असतात. पी-टाइप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी लेव्हल व्हॅलेन्स बँडच्या काठाजवळ असते, तर एन-टाइप सेमीकंडक्टरमधील फर्मी लेव्हल कंडक्शन बँडच्या काठाजवळ असते. त्याच वेळी, कंडक्शन बँडच्या काठावरील एन-टाइप मटेरियलची फर्मी लेव्हल सतत खाली सरकते, जोपर्यंत दोन्ही मटेरियलची फर्मी लेव्हल एकाच स्थितीत येत नाही. कंडक्शन बँड आणि व्हॅलेन्स बँडच्या स्थितीतील बदलासोबतच बँडचे वाकणे (बेंडिंग) देखील होते. पीएन जंक्शन समतोलावस्थेत असते आणि त्याची फर्मी लेव्हल एकसमान असते. चार्ज कॅरियरच्या विश्लेषणाच्या दृष्टिकोनातून पाहिल्यास, पी-टाइप मटेरियलमधील बहुतेक चार्ज कॅरियर हे होल्स असतात, तर एन-टाइप मटेरियलमधील बहुतेक चार्ज कॅरियर हे इलेक्ट्रॉन्स असतात. जेव्हा दोन पदार्थ संपर्कात येतात, तेव्हा वाहक घनतेतील फरकामुळे, N-प्रकारच्या पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन्स P-प्रकारच्या पदार्थांकडे विसरित होतात, तर N-प्रकारच्या पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन्स होल्सच्या विरुद्ध दिशेने विसरित होतात. इलेक्ट्रॉन्स आणि होल्सच्या विसरणामुळे शिल्लक राहिलेल्या असंतुलित क्षेत्रात एक अंतर्भूत विद्युत क्षेत्र तयार होते, आणि हे अंतर्भूत विद्युत क्षेत्र वाहक अपवहनास प्रवृत्त करते, आणि अपवहनाची दिशा विसरणाच्या दिशेच्या अगदी विरुद्ध असते, याचा अर्थ असा की अंतर्भूत विद्युत क्षेत्राची निर्मिती वाहकांच्या विसरणास प्रतिबंध करते, आणि जोपर्यंत दोन्ही प्रकारच्या गती संतुलित होत नाहीत तोपर्यंत PN जंक्शनच्या आत विसरण आणि अपवहन दोन्ही होत राहतात, ज्यामुळे स्थिर वाहक प्रवाह शून्य होतो. अंतर्गत गतिशील संतुलन.
जेव्हा PN जंक्शन प्रकाश किरणांच्या संपर्कात येते, तेव्हा फोटॉनची ऊर्जा वाहकाकडे हस्तांतरित होते आणि प्रकाश-निर्मित वाहक, म्हणजेच प्रकाश-निर्मित इलेक्ट्रॉन-होल जोडी, निर्माण होते. विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, इलेक्ट्रॉन आणि होल अनुक्रमे N क्षेत्र आणि P क्षेत्राकडे सरकतात आणि प्रकाश-निर्मित वाहकाच्या या दिशात्मक सरकण्यामुळे प्रकाश-विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. हे PN जंक्शन फोटोडिटेक्टरचे मूलभूत तत्त्व आहे.

(3)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडायोड हा P-प्रकार आणि N-प्रकारच्या पदार्थाच्या I थराचा बनलेला असतो, ज्याचा I थर सामान्यतः इंट्रिन्सिक किंवा कमी-डोपिंग पदार्थ असतो. त्याची कार्यप्रणाली PN जंक्शनसारखीच असते, जेव्हा पिन जंक्शन प्रकाश किरणांच्या संपर्कात येते, तेव्हा फोटॉन इलेक्ट्रॉनला ऊर्जा देतो, ज्यामुळे प्रकाश-निर्मित चार्ज वाहक निर्माण होतात. अंतर्गत विद्युत क्षेत्र किंवा बाह्य विद्युत क्षेत्र डिप्लेशन लेयरमध्ये प्रकाश-निर्मित इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या वेगळे करते आणि वाहून गेलेले चार्ज वाहक बाह्य सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण करतात. I थराची भूमिका डिप्लेशन लेयरची रुंदी वाढवणे ही आहे, आणि मोठ्या बायस व्होल्टेजखाली I थर पूर्णपणे डिप्लेशन लेयर बनतो, आणि निर्माण झालेल्या इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या वेगाने वेगळ्या होतात, त्यामुळे पिन जंक्शन फोटोडिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग सामान्यतः PN जंक्शन डिटेक्टरपेक्षा जास्त असतो. I थराच्या बाहेरील वाहक देखील डिप्लेशन लेयरद्वारे विसरण गतीद्वारे गोळा केले जातात, ज्यामुळे विसरण प्रवाह निर्माण होतो. I थराची जाडी सामान्यतः खूप कमी असते आणि डिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग सुधारणे हा त्याचा उद्देश असतो.

(४)APD फोटोडिटेक्टरअ‍ॅव्हॅलेंच फोटोडायोड
यंत्रणाअ‍ॅव्हॅलेंच फोटोडायोडहे पीएन जंक्शनसारखेच आहे. APD फोटोडिटेक्टरमध्ये जास्त डोपिंग केलेले पीएन जंक्शन वापरले जाते, APD डिटेक्शनवर आधारित ऑपरेटिंग व्होल्टेज जास्त असतो, आणि जेव्हा मोठा रिव्हर्स बायस दिला जातो, तेव्हा APD च्या आत कोलिजन आयनायझेशन आणि अव्हॅलेंच मल्टिप्लिकेशन होते, आणि डिटेक्टरची कार्यक्षमता वाढून फोटोकरंट वाढतो. जेव्हा APD रिव्हर्स बायस मोडमध्ये असतो, तेव्हा डिप्लेशन लेयरमधील इलेक्ट्रिक फील्ड खूप तीव्र होते, आणि प्रकाशामुळे निर्माण झालेले फोटोजनरेटेड कॅरियर्स इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली वेगाने वेगळे होतात आणि वेगाने ड्रिफ्ट होतात. या प्रक्रियेदरम्यान इलेक्ट्रॉन्स लॅटिसला धडकण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे लॅटिसमधील इलेक्ट्रॉन्स आयनाइज्ड होतात. ही प्रक्रिया पुन्हा पुन्हा होते, आणि लॅटिसमधील आयनाइज्ड आयन्स देखील लॅटिसला धडकतात, ज्यामुळे APD मधील चार्ज कॅरियर्सची संख्या वाढते, परिणामी मोठा करंट निर्माण होतो. APD च्या आत असलेल्या याच अद्वितीय भौतिक यंत्रणेमुळे APD-आधारित डिटेक्टरमध्ये सामान्यतः जलद प्रतिसाद गती, मोठ्या करंट मूल्याचा लाभ आणि उच्च संवेदनशीलता ही वैशिष्ट्ये असतात. पीएन जंक्शन आणि पिन जंक्शनच्या तुलनेत, एपीडीचा प्रतिसाद वेग अधिक जलद असून, तो सध्याच्या फोटोसेन्सिटिव्ह ट्यूब्सपैकी सर्वात वेगवान आहे.

(5) शोटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टर
शोटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टरची मूलभूत रचना ही एक शोटकी डायोड आहे, ज्याची विद्युत वैशिष्ट्ये वर वर्णन केलेल्या पीएन जंक्शनसारखीच आहेत आणि त्यात पॉझिटिव्ह कंडक्शन व रिव्हर्स कट-ऑफसह एकदिशीय चालकता असते. जेव्हा उच्च वर्क फंक्शन असलेला धातू आणि कमी वर्क फंक्शन असलेला सेमीकंडक्टर एकमेकांच्या संपर्कात येतात, तेव्हा एक शोटकी बॅरियर तयार होतो आणि परिणामी तयार होणाऱ्या जंक्शनला शोटकी जंक्शन म्हणतात. याची मुख्य कार्यप्रणाली काही प्रमाणात पीएन जंक्शनसारखीच आहे. एन-टाइप सेमीकंडक्टरचे उदाहरण घेतल्यास, जेव्हा दोन पदार्थ एकमेकांच्या संपर्कात येतात, तेव्हा त्या दोन पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉनच्या वेगवेगळ्या प्रमाणामुळे, सेमीकंडक्टरमधील इलेक्ट्रॉन धातूच्या बाजूला पसरतात. विसरित इलेक्ट्रॉन धातूच्या एका टोकाला सतत जमा होतात, ज्यामुळे धातूची मूळ विद्युत तटस्थता नष्ट होते. यामुळे संपर्क पृष्ठभागावर सेमीकंडक्टरपासून धातूपर्यंत एक अंतर्गत विद्युत क्षेत्र तयार होते. या अंतर्गत विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होतात आणि वाहकांची विसरण व प्रवाही गती एकाच वेळी घडते. काही काळानंतर ते गतिशील समतोल साधतात आणि शेवटी शोटकी जंक्शन तयार होते. प्रकाशाच्या परिस्थितीत, अडथळा क्षेत्र थेट प्रकाश शोषून घेते आणि इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या निर्माण करते, तर पीएन जंक्शनमधील प्रकाश-निर्मित वाहकांना जंक्शन क्षेत्रात पोहोचण्यासाठी विसरण क्षेत्रातून जावे लागते. पीएन जंक्शनच्या तुलनेत, शोटकी जंक्शनवर आधारित फोटोडिटेक्टरचा प्रतिसाद वेग अधिक जलद असतो आणि हा वेग नॅनोसेकंद (ns) पातळीपर्यंतही पोहोचू शकतो.