फोटोडिटेक्टर डिवाइस संरचना का प्रकार

के प्रकारफोटो डिटेक्टर डिवाइससंरचना
फोटोडिटेक्टरएक ऐसा उपकरण है जो ऑप्टिकल सिग्नल को इलेक्ट्रिकल 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 डिवाइस को प्रकाश के संपर्क में लाया जाता है, तो फोटोजेनरेटेड कैरियर उनकी चालकता को बढ़ाता है और उनके प्रतिरोध को कम करता है। कमरे के तापमान पर उत्तेजित होने वाले वाहक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत दिशात्मक तरीके से चलते हैं, इस प्रकार एक करंट उत्पन्न करते हैं। प्रकाश की स्थिति में, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं और संक्रमण होता है। उसी समय, वे एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत फोटोकरंट बनाने के लिए बहते हैं। परिणामी फोटोजेनरेटेड वाहक डिवाइस की चालकता को बढ़ाते हैं और इस प्रकार प्रतिरोध को कम करते हैं। फोटोकंडक्टिव फोटोडिटेक्टर आमतौर पर प्रदर्शन में उच्च लाभ और महान प्रतिक्रियाशीलता दिखाते हैं, लेकिन वे उच्च आवृत्ति वाले ऑप्टिकल संकेतों का जवाब नहीं दे सकते हैं, इसलिए प्रतिक्रिया की गति धीमी होती है, जो कुछ पहलुओं में फोटोकंडक्टिव उपकरणों के अनुप्रयोग को सीमित करती है।

(2)पीएन फोटोडिटेक्टर
पीएन फोटोडिटेक्टर पी-टाइप अर्धचालक पदार्थ और एन-टाइप अर्धचालक पदार्थ के बीच संपर्क से बनता है। संपर्क बनने से पहले, दोनों पदार्थ एक अलग अवस्था में होते हैं। पी-टाइप अर्धचालक में फर्मी स्तर वैलेंस बैंड के किनारे के करीब होता है, जबकि एन-टाइप अर्धचालक में फर्मी स्तर चालन बैंड के किनारे के करीब होता है। इसी समय, चालन बैंड के किनारे पर एन-टाइप पदार्थ का फर्मी स्तर लगातार नीचे की ओर तब तक स्थानांतरित होता रहता है जब तक कि दोनों पदार्थों का फर्मी स्तर एक ही स्थिति में न आ जाए। चालन बैंड और वैलेंस बैंड की स्थिति में परिवर्तन भी बैंड के झुकने के साथ होता है। पीएन जंक्शन संतुलन में होता है और इसका फर्मी स्तर एक समान होता है। चार्ज वाहक विश्लेषण के पहलू से, पी-टाइप पदार्थों में अधिकांश चार्ज वाहक छिद्र होते हैं, जबकि एन-टाइप पदार्थों में अधिकांश चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब दो पदार्थ संपर्क में होते हैं, तो वाहक सांद्रता में अंतर के कारण, N-प्रकार के पदार्थों में इलेक्ट्रॉन P-प्रकार में फैल जाएंगे, जबकि N-प्रकार के पदार्थों में इलेक्ट्रॉन छिद्रों के विपरीत दिशा में फैल जाएंगे। इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार द्वारा छोड़ा गया असम्पीडित 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 होती है, जिसका अर्थ है कि अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र का निर्माण वाहकों के प्रसार को रोकता है, और PN जंक्शन के अंदर प्रसार और बहाव दोनों होते हैं जब तक कि दो प्रकार की गति संतुलित नहीं हो जाती है, ताकि स्थैतिक वाहक प्रवाह शून्य हो जाए। 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-होल जोड़ी उत्पन्न होती है। विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन और होल क्रमशः एन क्षेत्र और पी क्षेत्र में चले जाते हैं, और फोटोजेनरेटेड वाहक का दिशात्मक बहाव फोटोकरंट उत्पन्न करता है। यह पीएन जंक्शन फोटोडिटेक्टर का मूल सिद्धांत है।

(3)पिन फोटो डिटेक्टर
पिन फोटोडायोड एक P-प्रकार की सामग्री और I परत के बीच N-प्रकार की सामग्री है, सामग्री की I परत आम तौर पर एक आंतरिक या कम-डोपिंग सामग्री होती है। इसका कार्य तंत्र PN जंक्शन के समान है, जब PIN जंक्शन प्रकाश विकिरण के संपर्क में आता है, तो फोटॉन इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा स्थानांतरित करता है, जिससे फोटोजेनरेटेड चार्ज वाहक उत्पन्न होते हैं, और आंतरिक विद्युत क्षेत्र या बाहरी विद्युत क्षेत्र फोटोजेनरेटेड इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े को कमी परत में अलग कर देगा, और बहते हुए चार्ज वाहक बाहरी सर्किट में एक 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-होल जोड़े तेजी से अलग हो जाएंगे, इसलिए PIN जंक्शन फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रिया गति आम तौर पर PN जंक्शन डिटेक्टर की तुलना में तेज़ होती 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
की क्रियाविधिहिमस्खलन फोटोडायोडपीएन जंक्शन के समान है। APD फोटोडिटेक्टर भारी डोप किए गए PN जंक्शन का उपयोग करता है, APD डिटेक्शन पर आधारित ऑपरेटिंग वोल्टेज बड़ा है, और जब एक बड़ा रिवर्स बायस जोड़ा जाता है, तो APD के अंदर टकराव आयनीकरण और हिमस्खलन गुणन होगा, और डिटेक्टर का प्रदर्शन फोटोकरंट बढ़ा है। जब APD 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 जल्दी से बहाव करेंगे। इस प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉनों के जाली से टकराने की संभावना है, जिससे जाली में इलेक्ट्रॉन आयनित हो जाते हैं। यह प्रक्रिया दोहराई जाती है, और जाली में आयनित आयन भी जाली से टकराते हैं, जिससे APD में चार्ज वाहकों की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा करंट होता है। यह APD के अंदर यह अनूठा भौतिक तंत्र है कि APD-आधारित डिटेक्टरों में आम तौर पर तेज प्रतिक्रिया गति, बड़े करंट वैल्यू गेन और उच्च संवेदनशीलता की विशेषताएं होती हैं। पीएन जंक्शन और पिन जंक्शन की तुलना में, एपीडी की प्रतिक्रिया गति अधिक तीव्र है, जो वर्तमान प्रकाश संवेदनशील ट्यूबों में सबसे तेज प्रतिक्रिया गति है।

(5) शॉटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टर
शॉटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टर की मूल संरचना एक शॉटकी डायोड है, जिसकी विद्युत विशेषताएँ ऊपर वर्णित पीएन जंक्शन के समान हैं, और इसमें सकारात्मक चालन और रिवर्स कट-ऑफ के साथ एकदिशीय चालकता है। जब उच्च कार्य फ़ंक्शन वाली धातु और कम कार्य फ़ंक्शन वाले अर्धचालक संपर्क बनाते हैं, तो एक शॉटकी अवरोध बनता है, और परिणामी जंक्शन एक शॉटकी जंक्शन होता है। मुख्य तंत्र कुछ हद तक पीएन जंक्शन के समान है, उदाहरण के तौर पर एन-टाइप अर्धचालकों को लेते हुए, जब दो पदार्थ संपर्क बनाते हैं, तो दो पदार्थों की अलग-अलग इलेक्ट्रॉन सांद्रता के कारण, अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन धातु की तरफ फैल जाएंगे। विसरित इलेक्ट्रॉन धातु के एक छोर पर लगातार जमा होते रहते हैं, इस प्रकार धातु की मूल विद्युत तटस्थता को नष्ट करते हुए, संपर्क सतह पर अर्धचालक से धातु तक एक अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र बनाते हैं, और इलेक्ट्रॉन आंतरिक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत बहाव करेंगे, और वाहक का प्रसार और बहाव गति एक साथ की जाएगी, समय की अवधि के बाद गतिशील संतुलन तक पहुंचने के लिए, और अंत में एक शॉटकी जंक्शन का निर्माण होगा। प्रकाश की स्थिति में, अवरोध क्षेत्र सीधे प्रकाश को अवशोषित करता है और इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करता है, जबकि पीएन जंक्शन के अंदर फोटोजेनरेटेड वाहकों को जंक्शन क्षेत्र तक पहुंचने के लिए प्रसार क्षेत्र से गुजरना पड़ता है। पीएन जंक्शन की तुलना में, शॉटकी जंक्शन पर आधारित फोटोडिटेक्टर में तेज प्रतिक्रिया गति होती है, और प्रतिक्रिया गति एनएस स्तर तक भी पहुंच सकती है।