फोटोडिटेक्टर डिवाइस संरचना का प्रकार

के प्रकारफोटोडिटेक्टर डिवाइससंरचना
फोटोडिटेक्टरएक उपकरण है जो ऑप्टिकल सिग्नल को विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है, इसकी संरचना और विविधता को मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
(1) फोटोकंडक्टिव फोटोडिटेक्टर
जब फोटोकंडक्टिव उपकरण प्रकाश के संपर्क में आते हैं, तो फोटोजेनरेटेड वाहक उनकी चालकता बढ़ाता है और उनका प्रतिरोध कम करता है। कमरे के तापमान पर उत्तेजित वाहक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत दिशात्मक तरीके से चलते हैं, जिससे करंट उत्पन्न होता है। प्रकाश की स्थिति में, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं और संक्रमण होता है। साथ ही, वे एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत बहकर एक फोटोकरंट बनाते हैं। परिणामी फोटोजेनरेटेड वाहक डिवाइस की चालकता को बढ़ाते हैं और इस प्रकार प्रतिरोध को कम करते हैं। फोटोकॉन्डक्टिव फोटोडिटेक्टर आमतौर पर प्रदर्शन में उच्च लाभ और महान प्रतिक्रिया दिखाते हैं, लेकिन वे उच्च-आवृत्ति ऑप्टिकल संकेतों का जवाब नहीं दे सकते हैं, इसलिए प्रतिक्रिया की गति धीमी है, जो कुछ पहलुओं में फोटोकंडक्टिव उपकरणों के अनुप्रयोग को सीमित करती है।

(2)पीएन फोटोडिटेक्टर
पीएन फोटोडिटेक्टर पी-प्रकार अर्धचालक सामग्री और एन-प्रकार अर्धचालक सामग्री के बीच संपर्क से बनता है। संपर्क बनने से पहले, दोनों सामग्रियां एक अलग अवस्था में होती हैं। पी-प्रकार अर्धचालक में फर्मी स्तर वैलेंस बैंड के किनारे के करीब है, जबकि एन-प्रकार अर्धचालक में फर्मी स्तर चालन बैंड के किनारे के करीब है। उसी समय, चालन बैंड के किनारे पर एन-प्रकार की सामग्री का फर्मी स्तर लगातार नीचे की ओर स्थानांतरित होता रहता है जब तक कि दोनों सामग्रियों का फर्मी स्तर एक ही स्थिति में न हो जाए। चालन बैंड और वैलेंस बैंड की स्थिति में परिवर्तन भी बैंड के झुकने के साथ होता है। पीएन जंक्शन संतुलन में है और इसमें एक समान फर्मी स्तर है। आवेश वाहक विश्लेषण के पहलू से, पी-प्रकार की सामग्रियों में अधिकांश आवेश वाहक छिद्र होते हैं, जबकि एन-प्रकार की सामग्रियों में अधिकांश आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब दो सामग्रियां संपर्क में होती हैं, तो वाहक सांद्रता में अंतर के कारण, एन-प्रकार की सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन पी-प्रकार में फैल जाएंगे, जबकि एन-प्रकार की सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन छिद्रों के विपरीत दिशा में फैल जाएंगे। इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार द्वारा छोड़ा गया असंतुलित क्षेत्र एक अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र का निर्माण करेगा, और अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र वाहक बहाव की प्रवृत्ति करेगा, और बहाव की दिशा प्रसार की दिशा के ठीक विपरीत है, जिसका अर्थ है कि अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र का निर्माण वाहकों के प्रसार को रोकता है, और पीएन जंक्शन के अंदर प्रसार और बहाव दोनों होते हैं जब तक कि दो प्रकार की गति संतुलित नहीं हो जाती, ताकि स्थैतिक वाहक प्रवाह शून्य हो। आंतरिक गतिशील संतुलन.
जब पीएन जंक्शन प्रकाश विकिरण के संपर्क में आता है, तो फोटॉन की ऊर्जा वाहक में स्थानांतरित हो जाती है, और फोटोजेनरेटेड वाहक, यानी, फोटोजेनरेटेड इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पन्न होती है। विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, इलेक्ट्रॉन और छेद क्रमशः एन क्षेत्र और पी क्षेत्र में बहाव करते हैं, और फोटोजेनरेटेड वाहक का दिशात्मक बहाव फोटोकरंट उत्पन्न करता है। यह पीएन जंक्शन फोटोडिटेक्टर का मूल सिद्धांत है।

(3)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडायोड एक पी-प्रकार की सामग्री है और I परत के बीच एन-प्रकार की सामग्री है, सामग्री की I परत आम तौर पर एक आंतरिक या कम-डोपिंग सामग्री है। इसका कार्य तंत्र पीएन जंक्शन के समान है, जब पिन जंक्शन प्रकाश विकिरण के संपर्क में आता है, तो फोटॉन ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित करता है, फोटोजेनरेटेड चार्ज वाहक उत्पन्न करता है, और आंतरिक विद्युत क्षेत्र या बाहरी विद्युत क्षेत्र फोटोजेनरेटेड इलेक्ट्रॉन-छेद को अलग कर देगा। ह्रास परत में जोड़े, और बहे हुए आवेश वाहक बाहरी सर्किट में करंट बनाएंगे। परत I द्वारा निभाई गई भूमिका कमी परत की चौड़ाई का विस्तार करना है, और परत I पूरी तरह से एक बड़े पूर्वाग्रह वोल्टेज के तहत कमी परत बन जाएगी, और उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े तेजी से अलग हो जाएंगे, इसलिए प्रतिक्रिया की गति पिन जंक्शन फोटोडिटेक्टर आमतौर पर पीएन जंक्शन डिटेक्टर की तुलना में तेज़ होता है। I परत के बाहर के वाहक भी प्रसार गति के माध्यम से कमी परत द्वारा एकत्र किए जाते हैं, जिससे एक प्रसार धारा बनती है। I परत की मोटाई आम तौर पर बहुत पतली होती है, और इसका उद्देश्य डिटेक्टर की प्रतिक्रिया गति में सुधार करना है।

(4)एपीडी फोटोडिटेक्टरहिमस्खलन फोटोडायोड
का तंत्रहिमस्खलन फोटोडायोडपीएन जंक्शन के समान है। एपीडी फोटोडेटेक्टर भारी डोप्ड पीएन जंक्शन का उपयोग करता है, एपीडी डिटेक्शन के आधार पर ऑपरेटिंग वोल्टेज बड़ा होता है, और जब एक बड़ा रिवर्स बायस जोड़ा जाता है, तो एपीडी के अंदर टकराव आयनीकरण और हिमस्खलन गुणन होगा, और डिटेक्टर का प्रदर्शन फोटोकरंट बढ़ जाता है। जब एपीडी रिवर्स बायस मोड में होता है, तो कमी परत में विद्युत क्षेत्र बहुत मजबूत होगा, और प्रकाश द्वारा उत्पन्न फोटोजेनरेटेड वाहक जल्दी से अलग हो जाएंगे और विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत तेजी से बह जाएंगे। ऐसी संभावना है कि इस प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉन जाली से टकराएंगे, जिससे जाली में इलेक्ट्रॉन आयनित हो जाएंगे। यह प्रक्रिया दोहराई जाती है, और जाली में आयनित आयन भी जाली से टकराते हैं, जिससे एपीडी में चार्ज वाहक की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा प्रवाह होता है। एपीडी के अंदर यह अद्वितीय भौतिक तंत्र है कि एपीडी-आधारित डिटेक्टरों में आम तौर पर तेज प्रतिक्रिया गति, बड़े वर्तमान मूल्य लाभ और उच्च संवेदनशीलता की विशेषताएं होती हैं। पीएन जंक्शन और पिन जंक्शन की तुलना में, एपीडी की प्रतिक्रिया गति तेज है, जो वर्तमान प्रकाश संवेदनशील ट्यूबों के बीच सबसे तेज प्रतिक्रिया गति है।

(5) शोट्की जंक्शन फोटोडिटेक्टर
शोट्की जंक्शन फोटोडिटेक्टर की मूल संरचना एक शोट्की डायोड है, जिसकी विद्युत विशेषताएं ऊपर वर्णित पीएन जंक्शन के समान हैं, और इसमें सकारात्मक चालन और रिवर्स कट-ऑफ के साथ यूनिडायरेक्शनल चालकता है। जब उच्च कार्य फ़ंक्शन वाली धातु और कम कार्य फ़ंक्शन वाले अर्धचालक संपर्क बनाते हैं, तो एक शोट्की अवरोध बनता है, और परिणामी जंक्शन एक शोट्की जंक्शन होता है। मुख्य तंत्र कुछ हद तक पीएन जंक्शन के समान है, उदाहरण के तौर पर एन-प्रकार के अर्धचालकों को लेते हुए, जब दो सामग्रियां संपर्क बनाती हैं, तो दो सामग्रियों की अलग-अलग इलेक्ट्रॉन सांद्रता के कारण, अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन धातु की ओर फैल जाएंगे। विसरित इलेक्ट्रॉन धातु के एक छोर पर लगातार जमा होते रहते हैं, इस प्रकार धातु की मूल विद्युत तटस्थता को नष्ट कर देते हैं, जिससे संपर्क सतह पर अर्धचालक से धातु तक एक अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र बनता है, और इलेक्ट्रॉन इसकी क्रिया के तहत बह जाते हैं। आंतरिक विद्युत क्षेत्र, और वाहक के प्रसार और बहाव की गति को गतिशील संतुलन तक पहुंचने के लिए समय की अवधि के बाद एक साथ किया जाएगा, और अंत में एक शोट्की जंक्शन बनेगा। प्रकाश की स्थिति के तहत, बाधा क्षेत्र सीधे प्रकाश को अवशोषित करता है और इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करता है, जबकि पीएन जंक्शन के अंदर फोटोजेनरेटेड वाहक को जंक्शन क्षेत्र तक पहुंचने के लिए प्रसार क्षेत्र से गुजरना पड़ता है। पीएन जंक्शन की तुलना में, शोट्की जंक्शन पर आधारित फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रिया गति तेज है, और प्रतिक्रिया गति एनएस स्तर तक भी पहुंच सकती है।