ફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણ રચનાનો પ્રકાર

પ્રકારફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણમાળખું
ફોટોડિટેક્ટરએક એવું ઉપકરણ છે જે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને વિદ્યુત સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરે છે, તેની રચના અને વિવિધતાને મુખ્યત્વે નીચેની શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે:
(1) ફોટોકન્ડક્ટિવ ફોટોડિટેક્ટર
જ્યારે ફોટોકન્ડક્ટિવ ડિવાઇસ પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ તેમની વાહકતા વધારે છે અને તેમનો પ્રતિકાર ઘટાડે છે. ઓરડાના તાપમાને ઉત્સાહિત વાહકો ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ દિશાત્મક રીતે આગળ વધે છે, આમ પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રકાશની સ્થિતિમાં, ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સાહિત થાય છે અને સંક્રમણ થાય છે. તે જ સમયે, તેઓ ફોટોકરન્ટ બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ ડ્રિફ્ટ થાય છે. પરિણામી ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ ડિવાઇસની વાહકતા વધારે છે અને આમ પ્રતિકાર ઘટાડે છે. ફોટોકન્ડક્ટિવ ફોટોડિટેક્ટર્સ સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ લાભ અને પ્રદર્શનમાં મહાન પ્રતિભાવ દર્શાવે છે, પરંતુ તેઓ ઉચ્ચ-આવર્તન ઓપ્ટિકલ સિગ્નલોનો પ્રતિસાદ આપી શકતા નથી, તેથી પ્રતિભાવ ગતિ ધીમી હોય છે, જે કેટલાક પાસાઓમાં ફોટોકન્ડક્ટિવ ડિવાઇસના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.

(૨)પીએન ફોટોડિટેક્ટર
P-પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી અને N-પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી વચ્ચેના સંપર્ક દ્વારા PN ફોટોડિટેક્ટર રચાય છે. સંપર્ક રચાય તે પહેલાં, બંને સામગ્રી અલગ સ્થિતિમાં હોય છે. P-પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટરમાં ફર્મી સ્તર વેલેન્સ બેન્ડની ધારની નજીક હોય છે, જ્યારે N-પ્રકાર સેમિકન્ડક્ટરમાં ફર્મી સ્તર વહન બેન્ડની ધારની નજીક હોય છે. તે જ સમયે, વહન બેન્ડની ધાર પર N-પ્રકાર સામગ્રીનું ફર્મી સ્તર સતત નીચે તરફ ખસેડવામાં આવે છે જ્યાં સુધી બે સામગ્રીનું ફર્મી સ્તર સમાન સ્થિતિમાં ન આવે. વહન બેન્ડ અને વેલેન્સ બેન્ડની સ્થિતિમાં ફેરફાર પણ બેન્ડના વળાંક સાથે થાય છે. PN જંકશન સંતુલનમાં છે અને એક સમાન ફર્મી સ્તર ધરાવે છે. ચાર્જ કેરિયર વિશ્લેષણના પાસાંથી, P-પ્રકાર સામગ્રીમાં મોટાભાગના ચાર્જ કેરિયર્સ છિદ્રો છે, જ્યારે N-પ્રકાર સામગ્રીમાં મોટાભાગના ચાર્જ કેરિયર્સ ઇલેક્ટ્રોન છે. જ્યારે બે પદાર્થો સંપર્કમાં હોય છે, ત્યારે વાહક સાંદ્રતામાં તફાવતને કારણે, N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારમાં ફેલાય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોન છિદ્રોની વિરુદ્ધ દિશામાં ફેલાય છે. ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોના પ્રસાર દ્વારા બાકી રહેલો બિન-ભરપાઈ વિસ્તાર બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવશે, અને બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર વાહક ડ્રિફ્ટ તરફ વલણ રાખશે, અને ડ્રિફ્ટની દિશા પ્રસારની દિશાની વિરુદ્ધ છે, જેનો અર્થ છે કે બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની રચના વાહકોના પ્રસારને અટકાવે છે, અને PN જંકશનની અંદર પ્રસરણ અને ડ્રિફ્ટ બંને હોય છે જ્યાં સુધી બે પ્રકારની ગતિ સંતુલિત ન થાય, જેથી સ્થિર વાહક પ્રવાહ શૂન્ય હોય. આંતરિક ગતિશીલ સંતુલન.
જ્યારે PN જંકશન પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફોટોનની ઊર્જા વાહકમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, અને ફોટોજનરેટેડ વાહક, એટલે કે, ફોટોજનરેટેડ ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડી, ઉત્પન્ન થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર અનુક્રમે N પ્રદેશ અને P પ્રદેશ તરફ વહે છે, અને ફોટોજનરેટેડ વાહકનું દિશાત્મક પ્રવાહ ફોટોકરંટ ઉત્પન્ન કરે છે. આ PN જંકશન ફોટોડિટેક્ટરનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે.

(૩)પિન ફોટોડિટેક્ટર
પિન ફોટોડાયોડ એ P-પ્રકારની સામગ્રી અને I સ્તર વચ્ચે N-પ્રકારની સામગ્રી છે, સામગ્રીનો I સ્તર સામાન્ય રીતે આંતરિક અથવા ઓછી ડોપિંગ સામગ્રી હોય છે. તેની કાર્યકારી પદ્ધતિ PN જંકશન જેવી જ છે, જ્યારે PIN જંકશન પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફોટોન ઇલેક્ટ્રોનમાં ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરે છે, ફોટોજનરેટેડ ચાર્જ કેરિયર્સ ઉત્પન્ન કરે છે, અને આંતરિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અથવા બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ડિપ્લેશન લેયરમાં ફોટોજનરેટેડ ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓને અલગ કરશે, અને ડ્રિફ્ટેડ ચાર્જ કેરિયર્સ બાહ્ય સર્કિટમાં પ્રવાહ બનાવશે. સ્તર I દ્વારા ભજવવામાં આવતી ભૂમિકા ડિપ્લેશન લેયરની પહોળાઈને વિસ્તૃત કરવાની છે, અને સ્તર I સંપૂર્ણપણે મોટા બાયસ વોલ્ટેજ હેઠળ ડિપ્લેશન લેયર બનશે, અને જનરેટ થયેલ ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ ઝડપથી અલગ થશે, તેથી PIN જંકશન ફોટોડિટેક્ટરની પ્રતિભાવ ગતિ સામાન્ય રીતે PN જંકશન ડિટેક્ટર કરતા ઝડપી હોય છે. I સ્તરની બહારના વાહકો પણ ડિપ્લેશન લેયર દ્વારા ડિપ્લેશન ગતિ દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવે છે, જે પ્રસરણ પ્રવાહ બનાવે છે. I સ્તરની જાડાઈ સામાન્ય રીતે ખૂબ જ પાતળી હોય છે, અને તેનો હેતુ ડિટેક્ટરની પ્રતિભાવ ગતિને સુધારવાનો છે.

(૪)APD ફોટોડિટેક્ટરહિમપ્રપાત ફોટોડાયોડ
ની પદ્ધતિહિમપ્રપાત ફોટોડાયોડPN જંકશન જેવું જ છે. APD ફોટોડિટેક્ટર ભારે ડોપ્ડ PN જંકશનનો ઉપયોગ કરે છે, APD શોધ પર આધારિત ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ મોટો હોય છે, અને જ્યારે મોટો રિવર્સ બાયસ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે APD ની અંદર અથડામણ આયનીકરણ અને હિમપ્રપાત ગુણાકાર થાય છે, અને ડિટેક્ટરનું પ્રદર્શન ફોટોકરન્ટમાં વધારો થાય છે. જ્યારે APD રિવર્સ બાયસ મોડમાં હોય છે, ત્યારે ડિપ્લેશન લેયરમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ખૂબ જ મજબૂત હશે, અને પ્રકાશ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ ઝડપથી અલગ થઈ જશે અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ ઝડપથી ડ્રિફ્ટ થશે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન જાળીમાં અથડાઈ શકે તેવી સંભાવના છે, જેના કારણે જાળીમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન આયનાઇઝ્ડ થઈ જશે. આ પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે, અને જાળીમાં આયનાઇઝ્ડ આયનો પણ જાળી સાથે અથડાય છે, જેના કારણે APD માં ચાર્જ કેરિયર્સની સંખ્યા વધે છે, જેના પરિણામે મોટો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. APD ની અંદર આ અનોખી ભૌતિક પદ્ધતિ છે કે APD-આધારિત ડિટેક્ટરમાં સામાન્ય રીતે ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ, મોટા વર્તમાન મૂલ્યમાં વધારો અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. PN જંકશન અને PIN જંકશનની તુલનામાં, APD પાસે ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ છે, જે વર્તમાન પ્રકાશસંવેદનશીલ ટ્યુબમાં સૌથી ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ છે.

(5) સ્કોટ્કી જંકશન ફોટોડિટેક્ટર
સ્કોટ્કી જંકશન ફોટોડિટેક્ટરનું મૂળભૂત માળખું સ્કોટ્કી ડાયોડ છે, જેની વિદ્યુત લાક્ષણિકતાઓ ઉપર વર્ણવેલ PN જંકશન જેવી જ છે, અને તેમાં સકારાત્મક વાહકતા અને રિવર્સ કટ-ઓફ સાથે એક દિશાત્મક વાહકતા છે. જ્યારે ઉચ્ચ કાર્ય કાર્ય ધરાવતી ધાતુ અને ઓછા કાર્ય કાર્ય ધરાવતી અર્ધવર્તુળ સંપર્ક બનાવે છે, ત્યારે સ્કોટ્કી અવરોધ રચાય છે, અને પરિણામી જંકશન સ્કોટ્કી જંકશન છે. મુખ્ય પદ્ધતિ કંઈક અંશે PN જંકશન જેવી જ છે, ઉદાહરણ તરીકે N-પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટર લેતા, જ્યારે બે સામગ્રી સંપર્ક બનાવે છે, ત્યારે બે સામગ્રીની વિવિધ ઇલેક્ટ્રોન સાંદ્રતાને કારણે, સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રોન ધાતુની બાજુમાં ફેલાય છે. વિખરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન ધાતુના એક છેડે સતત એકઠા થાય છે, આમ ધાતુની મૂળ વિદ્યુત તટસ્થતાનો નાશ કરે છે, સેમિકન્ડક્ટરથી સંપર્ક સપાટી પર ધાતુ સુધી બિલ્ટ-ઇન વિદ્યુત ક્ષેત્ર બનાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન આંતરિક વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ ડ્રિફ્ટ થશે, અને વાહકની પ્રસરણ અને ડ્રિફ્ટ ગતિ એક સાથે હાથ ધરવામાં આવશે, ગતિશીલ સંતુલન સુધી પહોંચવા માટે સમય પછી, અને અંતે સ્કોટ્કી જંકશન બનાવશે. પ્રકાશની સ્થિતિમાં, અવરોધ પ્રદેશ સીધો પ્રકાશ શોષી લે છે અને ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓ ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે PN જંકશનની અંદર ફોટોજનરેટેડ વાહકોને જંકશન પ્રદેશ સુધી પહોંચવા માટે પ્રસરણ પ્રદેશમાંથી પસાર થવાની જરૂર છે. PN જંકશનની તુલનામાં, સ્કોટ્ટકી જંકશન પર આધારિત ફોટોડિટેક્ટર ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ ધરાવે છે, અને પ્રતિભાવ ગતિ ns સ્તર સુધી પણ પહોંચી શકે છે.