फोटोडिटेक्टर उपकरण संरचना का प्रकार

के प्रकारफोटोडिटेक्टर उपकरणसंरचना
फोटोडिटेक्टरएक ऐसा 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 प्रकाश-चालक उपकरण प्रकाश के संपर्क में आते हैं, तो प्रकाश-जनित वाहक उनकी चालकता बढ़ा देते हैं और उनका प्रतिरोध कम कर देते हैं। कमरे के तापमान पर उत्तेजित वाहक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत दिशात्मक रूप से गति करते हैं, जिससे धारा उत्पन्न होती है। प्रकाश की स्थिति में, इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं और संक्रमण होता है। साथ ही, वे विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत प्रवाहित होकर प्रकाश-धारा बनाते हैं। परिणामस्वरूप उत्पन्न प्रकाश-जनित वाहक उपकरण की चालकता बढ़ाते हैं और इस प्रकार प्रतिरोध कम करते हैं। प्रकाश-चालक प्रकाश-संसूचक आमतौर पर उच्च लाभ और उत्कृष्ट प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं, लेकिन वे उच्च-आवृत्ति वाले प्रकाशीय संकेतों पर प्रतिक्रिया नहीं कर सकते, इसलिए प्रतिक्रिया की गति धीमी होती है, जो कुछ पहलुओं में प्रकाश-चालक उपकरणों के अनुप्रयोग को सीमित करती है।

(2)पीएन फोटोडिटेक्टर
पीएन फोटोडिटेक्टर पी-प्रकार अर्धचालक पदार्थ और एन-प्रकार अर्धचालक पदार्थ के बीच संपर्क से बनता है। संपर्क बनने से पहले, दोनों पदार्थ अलग-अलग अवस्था में होते हैं। पी-प्रकार अर्धचालक में फर्मी स्तर वैलेंस बैंड के किनारे के करीब होता है, जबकि एन-प्रकार अर्धचालक में फर्मी स्तर चालन बैंड के किनारे के करीब होता है। इसी समय, चालन बैंड के किनारे पर एन-प्रकार पदार्थ का फर्मी स्तर लगातार नीचे की ओर तब तक स्थानांतरित होता 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 इसमें एक समान फर्मी स्तर होता है। आवेश वाहक विश्लेषण के पहलू से, पी-प्रकार पदार्थों में अधिकांश आवेश वाहक छिद्र होते हैं, जबकि एन-प्रकार पदार्थों में अधिकांश आवेश 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 विसरित हो जाएँगे, जबकि N-प्रकार के पदार्थों में इलेक्ट्रॉन छिद्रों के विपरीत दिशा में विसरित होंगे। इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के विसरण द्वारा छोड़ा गया असम्पीडनित क्षेत्र एक अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र का निर्माण करेगा, और अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र वाहक अपवाह की प्रवृत्ति बनाएगा, और अपवाह की दिशा विसरण की दिशा के ठीक विपरीत होगी, जिसका अर्थ है कि अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र का निर्माण वाहकों के विसरण को रोकता है, और PN जंक्शन के अंदर विसरण और अपवाह दोनों होते हैं जब तक कि दो प्रकार की गति संतुलित नहीं हो जाती, 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 प्रकाश-जनित वाहक, यानी प्रकाश-जनित इलेक्ट्रॉन-होल युग्म, उत्पन्न होता है। विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन और होल क्रमशः N क्षेत्र और P क्षेत्र में प्रवाहित होते हैं, और प्रकाश-जनित वाहक का दिशात्मक बहाव प्रकाश धारा उत्पन्न करता है। यही पीएन जंक्शन फोटोडिटेक्टर का मूल सिद्धांत है।

(3)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडायोड एक P-प्रकार का पदार्थ है जो I परत के बीच स्थित होता है और N-प्रकार का पदार्थ होता है। पदार्थ की I परत आमतौर पर एक आंतरिक या कम-डोपिंग वाली सामग्री होती है। इसकी कार्य प्रणाली PN जंक्शन के समान है। जब PIN जंक्शन प्रकाश विकिरण के संपर्क में आता है, तो फोटॉन ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित करता है, जिससे फोटोजेनरेटेड आवेश वाहक उत्पन्न होते हैं। आंतरिक विद्युत क्षेत्र या बाह्य विद्युत क्षेत्र, अवक्षय परत में फोटोजेनरेटेड इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों को अलग कर देता है, और ये प्रवाहित आवेश वाहक बाह्य परिपथ में एक धारा उत्पन्न करते हैं। परत I द्वारा निभाई गई भूमिका अवक्षय परत की चौड़ाई का विस्तार करना है। उच्च बायस वोल्टेज के तहत, परत I पूरी तरह से अवक्षय परत बन जाती है, और उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-होल युग्म तेजी से अलग हो जाते हैं। इसलिए, PIN जंक्शन फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रिया गति आमतौर पर PN जंक्शन डिटेक्टर की तुलना में तेज़ होती है। I परत के बाहर के वाहक भी अवक्षय परत द्वारा विसरण गति के माध्यम से एकत्रित किए जाते हैं, जिससे एक विसरण धारा उत्पन्न होती 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 फोटोडिटेक्टर अत्यधिक डोप किए गए पीएन जंक्शन का उपयोग करता है। एपीडी डिटेक्शन पर आधारित ऑपरेटिंग वोल्टेज बड़ा होता है, और जब एक बड़ा रिवर्स बायस जोड़ा जाता है, तो एपीडी के अंदर टकराव आयनीकरण और हिमस्खलन गुणन होता है, और डिटेक्टर का प्रदर्शन फोटोकरंट बढ़ जाता है। जब एपीडी रिवर्स बायस मोड में होता है, तो ह्रास परत में विद्युत क्षेत्र बहुत मजबूत होगा, और प्रकाश द्वारा उत्पन्न फोटोजेनरेटेड वाहक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत जल्दी से अलग हो जाएंगे और तेजी से बह जाएंगे। 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 एपीडी में आवेश वाहकों की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा करंट उत्पन्न होता है। एपीडी के अंदर यह अद्वितीय भौतिक तंत्र ही है जिसके कारण एपीडी-आधारित डिटेक्टरों में आमतौर पर तेज़ प्रतिक्रिया गति, बड़े करंट मान 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 में सबसे तेज प्रतिक्रिया गति है।

(5) शॉटकी जंक्शन फोटोडिटेक्टर
शॉट्की जंक्शन फोटोडिटेक्टर की मूल संरचना एक शॉट्की डायोड है, जिसकी विद्युत विशेषताएँ ऊपर वर्णित PN जंक्शन के समान हैं, और इसमें धनात्मक चालन और पश्च कट-ऑफ के साथ एकदिशीय चालकता होती है। जब उच्च कार्यफलन वाली धातु और निम्न कार्यफलन वाला अर्धचालक संपर्क बनाते हैं, तो एक शॉट्की अवरोध बनता है, और परिणामी जंक्शन एक शॉट्की जंक्शन होता है। मुख्य क्रियाविधि कुछ हद तक PN जंक्शन के समान है, उदाहरण के लिए N-प्रकार अर्धचालकों को लेते हुए, जब दो पदार्थ संपर्क बनाते हैं, तो दोनों पदार्थों की अलग-अलग इलेक्ट्रॉन सांद्रता के कारण, अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन धातु की ओर विसरित हो जाते हैं। विसरित इलेक्ट्रॉन धातु के एक सिरे पर लगातार जमा होते रहते हैं, जिससे धातु की मूल विद्युत तटस्थता नष्ट हो जाती है, जिससे संपर्क सतह पर अर्धचालक से धातु तक एक अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र बनता है, और इलेक्ट्रॉन आंतरिक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत प्रवाहित होंगे, और वाहक का विसरण और अपवाह गति एक साथ होगी, कुछ समय के बाद गतिशील संतुलन तक पहुँचने के लिए, और अंततः एक शॉट्की जंक्शन का निर्माण होगा। प्रकाश की स्थिति में, अवरोध क्षेत्र सीधे प्रकाश को अवशोषित करता है और इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म उत्पन्न करता है, जबकि पीएन जंक्शन के अंदर प्रकाश-जनित वाहकों को जंक्शन क्षेत्र तक पहुँचने के लिए विसरण क्षेत्र से गुजरना पड़ता है। पीएन जंक्शन की तुलना में, शॉट्की जंक्शन पर आधारित फोटोडिटेक्टर की प्रतिक्रिया गति तेज़ होती है, और प्रतिक्रिया गति एनएस स्तर तक भी पहुँच सकती है।