ફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણની રચનાનો પ્રકાર

ના પ્રકારફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણમાળખું
ફોટોડિટેક્ટરએક એવું ઉપકરણ છે જે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને વિદ્યુત સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરે છે, ‍ તેની રચના અને વિવિધતા, ‍ મુખ્યત્વે નીચેની શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ‌
(1) ફોટોકન્ડક્ટિવ ફોટોડિટેક્ટર
જ્યારે ફોટોકન્ડક્ટિવ ઉપકરણો પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફોટોજનરેટેડ વાહક તેમની વાહકતા વધારે છે અને તેમનો પ્રતિકાર ઘટાડે છે. ઓરડાના તાપમાને ઉત્તેજિત વાહકો ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ દિશાત્મક રીતે આગળ વધે છે, આમ કરંટ ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રકાશની સ્થિતિ હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજિત થાય છે અને સંક્રમણ થાય છે. તે જ સમયે, તેઓ વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ ફોટોકરન્ટ બનાવવા માટે વહી જાય છે. પરિણામી ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ ઉપકરણની વાહકતા વધારે છે અને આમ પ્રતિકાર ઘટાડે છે. ફોટોકન્ડક્ટિવ ફોટોડિટેક્ટર સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ લાભ અને પ્રભાવમાં મહાન પ્રતિભાવ દર્શાવે છે, પરંતુ તેઓ ઉચ્ચ-આવર્તન ઓપ્ટિકલ સિગ્નલોને પ્રતિસાદ આપી શકતા નથી, તેથી પ્રતિભાવ ગતિ ધીમી છે, જે કેટલાક પાસાઓમાં ફોટોકન્ડક્ટિવ ઉપકરણોના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.

(2)PN ફોટોડિટેક્ટર
PN ફોટોડિટેક્ટર P-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ અને N-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ વચ્ચેના સંપર્ક દ્વારા રચાય છે. સંપર્ક રચાય તે પહેલાં, બે સામગ્રી અલગ સ્થિતિમાં છે. પી-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરમાં ફર્મી લેવલ વેલેન્સ બેન્ડની ધારની નજીક હોય છે, જ્યારે એન-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટરમાં ફર્મી લેવલ વહન બેન્ડની ધારની નજીક હોય છે. તે જ સમયે, વહન બેન્ડની ધાર પર એન-પ્રકારની સામગ્રીનું ફર્મી સ્તર સતત નીચે તરફ ખસેડવામાં આવે છે જ્યાં સુધી બે સામગ્રીનું ફર્મી સ્તર સમાન સ્થિતિમાં ન હોય. વહન બેન્ડ અને વેલેન્સ બેન્ડની સ્થિતિમાં ફેરફાર પણ બેન્ડના બેન્ડિંગ સાથે છે. PN જંકશન સમતુલામાં છે અને એક સમાન ફર્મી સ્તર ધરાવે છે. ચાર્જ કેરિયર વિશ્લેષણના પાસાથી, પી-પ્રકારની સામગ્રીમાં મોટાભાગના ચાર્જ કેરિયર્સ છિદ્રો છે, જ્યારે એન-પ્રકારની સામગ્રીમાં મોટાભાગના ચાર્જ કેરિયર્સ ઇલેક્ટ્રોન છે. જ્યારે બે સામગ્રીઓ સંપર્કમાં હોય છે, ત્યારે વાહક સાંદ્રતામાં તફાવતને કારણે, N-પ્રકારની સામગ્રીમાંના ઇલેક્ટ્રોન P-ટાઈપમાં ફેલાય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંના ઈલેક્ટ્રોન છિદ્રોની વિરુદ્ધ દિશામાં ફેલાય છે. ઈલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોના પ્રસરણથી બચેલો વળતર વિનાનો વિસ્તાર બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવશે, અને બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ કેરિયર ડ્રિફ્ટને ટ્રેન્ડ કરશે, અને ડ્રિફ્ટની દિશા પ્રસરણની દિશાની બરાબર વિરુદ્ધ છે, જેનો અર્થ છે કે બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડનું નિર્માણ 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-હોલ જોડી ઉત્પન્ન થાય છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર અનુક્રમે N પ્રદેશ અને P પ્રદેશ તરફ જાય છે, અને ફોટોજનરેટેડ વાહકનું દિશાત્મક ડ્રિફ્ટ ફોટોકરન્ટ પેદા કરે છે. આ PN જંકશન ફોટોડિટેક્ટરનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે.

(3)PIN ફોટોડિટેક્ટર
પિન ફોટોોડિયોડ એ P-પ્રકારની સામગ્રી અને I સ્તર વચ્ચેની N-પ્રકારની સામગ્રી છે, સામગ્રીનું I સ્તર સામાન્ય રીતે આંતરિક અથવા ઓછી ડોપિંગ સામગ્રી છે. તેની કાર્યકારી પદ્ધતિ PN જંકશન જેવી જ છે, જ્યારે PIN જંકશન પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફોટોન ઇલેક્ટ્રોનને ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરે છે, ફોટોજનરેટેડ ચાર્જ કેરિયર્સ ઉત્પન્ન કરે છે, અને આંતરિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અથવા બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ફોટોજનરેટેડ ઇલેક્ટ્રોન-હોલને અલગ કરશે. અવક્ષય સ્તરમાં જોડી, અને ડ્રિફ્ટેડ ચાર્જ કેરિયર્સ બાહ્ય સર્કિટમાં વર્તમાન બનાવશે. સ્તર I દ્વારા ભજવવામાં આવતી ભૂમિકા અવક્ષય સ્તરની પહોળાઈને વિસ્તૃત કરવાની છે, અને સ્તર I સંપૂર્ણપણે મોટા પૂર્વગ્રહ વોલ્ટેજ હેઠળ અવક્ષય સ્તર બની જશે, અને ઉત્પન્ન થયેલ ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ ઝડપથી અલગ થઈ જશે, તેથી પ્રતિભાવ ગતિ PIN જંકશન ફોટોડિટેક્ટર સામાન્ય રીતે PN જંકશન ડિટેક્ટર કરતા ઝડપી હોય છે. I સ્તરની બહારના વાહકો પણ ડિફ્યુઝન ગતિ દ્વારા અવક્ષય સ્તર 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.

(4)એપીડી ફોટોડિટેક્ટરહિમપ્રપાત ફોટોડિયોડ
ની મિકેનિઝમહિમપ્રપાત ફોટોડિયોડPN જંકશન જેવું જ છે. APD ફોટોડિટેક્ટર ભારે ડોપેડ PN જંકશનનો ઉપયોગ કરે છે, APD ડિટેક્શન પર આધારિત ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ મોટું હોય છે, અને જ્યારે મોટો રિવર્સ બાયસ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે APD ની અંદર અથડામણ આયનીકરણ અને હિમપ્રપાત ગુણાકાર થાય છે, અને ડિટેક્ટરનું પ્રદર્શન ફોટોક્યુરન્ટમાં વધારો થાય છે. જ્યારે APD રિવર્સ બાયસ મોડમાં હોય છે, ત્યારે ડિપ્લેશન લેયરમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ખૂબ જ મજબૂત હશે, અને પ્રકાશ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ ઝડપથી અલગ થઈ જશે અને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ ઝડપથી વહી જશે. એવી સંભાવના છે કે આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઈલેક્ટ્રોન જાળીમાં ટકરાશે, જેના કારણે જાળીમાંના ઈલેક્ટ્રોન આયનાઈઝ થઈ જશે. આ પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે, અને જાળીમાં આયનાઇઝ્ડ આયનો પણ જાળી સાથે અથડાય છે, જેના કારણે APDમાં ચાર્જ કેરિયર્સની સંખ્યામાં વધારો થાય છે, પરિણામે મોટો પ્રવાહ આવે છે. APD ની અંદરની આ અનન્ય 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 સરખામણીમાં, APD પાસે ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ છે, જે વર્તમાન ફોટોસેન્સિટિવ ટ્યુબમાં સૌથી ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ છે.

(5) Schottky જંકશન ફોટોડિટેક્ટર
Schottky જંકશન ફોટોડિટેક્ટરનું મૂળભૂત માળખું એ Schottky ડાયોડ છે, જેની વિદ્યુત લાક્ષણિકતાઓ ઉપર વર્ણવેલ PN જંકશન જેવી જ છે, અને તે હકારાત્મક વહન અને રિવર્સ કટ-ઓફ સાથે યુનિડાયરેક્શનલ વાહકતા ધરાવે છે. જ્યારે ઉચ્ચ કાર્ય કાર્ય ધરાવતી ધાતુ અને નીચા કાર્ય કાર્ય સાથે સેમિકન્ડક્ટર સંપર્ક બનાવે છે, ત્યારે એક સ્કોટકી અવરોધ રચાય છે, અને પરિણામી જંકશન એ સ્કોટકી જંકશન છે. મુખ્ય મિકેનિઝમ કંઈક અંશે PN જંકશન જેવું જ છે, ઉદાહરણ તરીકે N-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર્સને લઈએ છીએ, જ્યારે બે સામગ્રીઓ સંપર્ક બનાવે છે, બે સામગ્રીની વિવિધ ઈલેક્ટ્રોન સાંદ્રતાને કારણે, સેમિકન્ડક્ટરમાંના ઈલેક્ટ્રોન મેટલની બાજુમાં ફેલાય છે. વિખરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન ધાતુના એક છેડે સતત એકઠા થાય છે, આમ ધાતુની મૂળ વિદ્યુત તટસ્થતાને નષ્ટ કરે છે, સંપર્ક સપાટી પર સેમિકન્ડક્ટરથી મેટલ સુધી બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન ધાતુની ક્રિયા હેઠળ ડ્રિફ્ટ થશે. આંતરિક વિદ્યુત ક્ષેત્ર, અને વાહકનું પ્રસરણ અને ડ્રિફ્ટ ગતિ એકસાથે હાથ ધરવામાં આવશે, ગતિશીલ સંતુલન સુધી પહોંચવાના સમયગાળા પછી, અને અંતે સ્કોટકી જંકશન બનાવશે. પ્રકાશની સ્થિતિમાં, અવરોધક પ્રદેશ સીધા પ્રકાશને શોષી લે છે અને ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી બનાવે છે, જ્યારે PN જંકશનની અંદર ફોટોજનરેટેડ વાહકોને જંકશન પ્રદેશ સુધી પહોંચવા માટે પ્રસરણ પ્રદેશમાંથી પસાર થવાની જરૂર છે. PN જંકશનની સરખામણીમાં, Schottky જંકશન પર આધારિત ફોટોડિટેક્ટરમાં ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ છે, અને પ્રતિભાવ ગતિ ns સ્તર સુધી પણ પહોંચી શકે છે.