ഫോട്ടോഡിറ്റക്റ്റർ ഉപകരണ ഘടനയുടെ തരം

തരംഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണംഘടന
ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലിനെ ഇലക്ട്രിക്കൽ സിഗ്നലായി പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ്, അതിൻ്റെ ഘടനയും വൈവിധ്യവും, പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം:
(1) ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ
ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഉപകരണങ്ങൾ പ്രകാശത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയർ അവയുടെ ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അവയുടെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഊഷ്മാവിൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന വാഹകർ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഒരു ദിശാസൂചനയിൽ നീങ്ങുന്നു, അങ്ങനെ ഒരു വൈദ്യുതധാര സൃഷ്ടിക്കുന്നു. പ്രകാശത്തിൻ്റെ അവസ്ഥയിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ ആവേശഭരിതമാവുകയും പരിവർത്തനം സംഭവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതേ സമയം, അവർ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ കീഴിൽ ഒരു ഫോട്ടോ കറൻ്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകൾ ഉപകരണത്തിൻ്റെ ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ സാധാരണയായി പ്രകടനത്തിൽ ഉയർന്ന നേട്ടവും മികച്ച പ്രതികരണശേഷിയും കാണിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകളോട് പ്രതികരിക്കാൻ അവർക്ക് കഴിയില്ല, അതിനാൽ പ്രതികരണ വേഗത മന്ദഗതിയിലാണ്, ഇത് ചില വശങ്ങളിൽ ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രയോഗത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

(2)പിഎൻ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ
പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളും എൻ-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളും തമ്മിലുള്ള സമ്പർക്കത്തിലൂടെയാണ് പിഎൻ ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ രൂപപ്പെടുന്നത്. കോൺടാക്റ്റ് രൂപപ്പെടുന്നതിന് മുമ്പ്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളും ഒരു പ്രത്യേക അവസ്ഥയിലാണ്. പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിലെ ഫെർമി ലെവൽ വാലൻസ് ബാൻഡിൻ്റെ അരികിനോട് അടുത്താണ്, അതേസമയം എൻ-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിലെ ഫെർമി ലെവൽ ചാലക ബാൻഡിൻ്റെ അരികിലാണ്. അതേ സമയം, ചാലക ബാൻഡിൻ്റെ അരികിലുള്ള എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഫെർമി ലെവൽ രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും ഫെർമി ലെവൽ ഒരേ സ്ഥാനത്ത് എത്തുന്നതുവരെ തുടർച്ചയായി താഴേക്ക് മാറ്റുന്നു. ചാലക ബാൻഡിൻ്റെയും വാലൻസ് ബാൻഡിൻ്റെയും സ്ഥാനത്തിൻ്റെ മാറ്റവും ബാൻഡിൻ്റെ വളയത്തോടൊപ്പമുണ്ട്. പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ്, കൂടാതെ ഒരു യൂണിഫോം ഫെർമി ലെവൽ ഉണ്ട്. ചാർജ് കാരിയർ വിശകലനത്തിൻ്റെ വശത്തുനിന്ന്, പി-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ചാർജ് കാരിയറുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ദ്വാരങ്ങളാണ്, അതേസമയം എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ മിക്ക ചാർജ് കാരിയറുകളും ഇലക്ട്രോണുകളാണ്. രണ്ട് പദാർത്ഥങ്ങളും സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ, കാരിയർ കോൺസൺട്രേഷനിലെ വ്യത്യാസം കാരണം, എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ പി-ടൈപ്പിലേക്ക് വ്യാപിക്കും, അതേസമയം എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ദ്വാരങ്ങൾക്ക് വിപരീത ദിശയിൽ വ്യാപിക്കും. ഇലക്‌ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും വ്യാപനം മൂലം ശേഷിക്കുന്ന നഷ്ടപരിഹാരം നൽകാത്ത പ്രദേശം ഒരു അന്തർനിർമ്മിത വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉണ്ടാക്കും, ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് കാരിയർ ഡ്രിഫ്റ്റിനെ ട്രെൻഡ് ചെയ്യും, കൂടാതെ ഡ്രിഫ്റ്റിൻ്റെ ദിശ ഡിഫ്യൂഷൻ്റെ ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമാണ്, അതായത് അന്തർനിർമ്മിത വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ രൂപീകരണം കാരിയറുകളുടെ വ്യാപനത്തെ തടയുന്നു, കൂടാതെ രണ്ട് തരത്തിലുള്ള ചലനങ്ങളും സന്തുലിതമാകുന്നതുവരെ പിഎൻ ജംഗ്ഷനിൽ ഡിഫ്യൂഷനും ഡ്രിഫ്റ്റും ഉണ്ട്, അതിനാൽ സ്റ്റാറ്റിക് കാരിയർ ഫ്ലോ പൂജ്യമാണ്. ആന്തരിക ചലനാത്മക ബാലൻസ്.
പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ പ്രകാശ വികിരണത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോണിൻ്റെ ഊർജ്ജം കാരിയറിലേക്ക് മാറ്റുന്നു, ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയർ, അതായത്, ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ, ഇലക്ട്രോണും ദ്വാരവും യഥാക്രമം N മേഖലയിലേക്കും P മേഖലയിലേക്കും നീങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയറിൻ്റെ ദിശാസൂചന ഡ്രിഫ്റ്റ് ഫോട്ടോ കറൻ്റ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഇതാണ് പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ അടിസ്ഥാന തത്വം.

(3)പിൻ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ
P-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലും I ലെയറിനുമിടയിലുള്ള N-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുമാണ് പിൻ ഫോട്ടോഡയോഡ്, മെറ്റീരിയലിൻ്റെ I ലെയർ പൊതുവെ അന്തർലീനമായതോ കുറഞ്ഞ ഡോപ്പിംഗ് മെറ്റീരിയലോ ആണ്. ഇതിൻ്റെ പ്രവർത്തന സംവിധാനം PN ജംഗ്ഷന് സമാനമാണ്, PIN ജംഗ്ഷൻ പ്രകാശ വികിരണത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോൺ ഇലക്ട്രോണിലേക്ക് ഊർജ്ജം കൈമാറുന്നു, ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് ചാർജ് കാരിയറുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ആന്തരിക വൈദ്യുത മണ്ഡലം അല്ലെങ്കിൽ ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോളിനെ വേർതിരിക്കും. ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറിലെ ജോഡികൾ, ഡ്രിഫ്റ്റഡ് ചാർജ് കാരിയറുകൾ ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടിൽ ഒരു കറൻ്റ് ഉണ്ടാക്കും. ലെയർ I വഹിക്കുന്ന പങ്ക് ഡീപ്ലിഷൻ ലെയറിൻ്റെ വീതി വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്, കൂടാതെ ലെയർ ഞാൻ പൂർണ്ണമായും ഒരു വലിയ ബയസ് വോൾട്ടേജിൽ ഡീപ്ലീഷൻ ലെയറായി മാറും, കൂടാതെ ജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ അതിവേഗം വേർതിരിക്കപ്പെടും, അതിനാൽ പ്രതികരണ വേഗത PIN ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്റ്റർ സാധാരണയായി PN ജംഗ്ഷൻ ഡിറ്റക്ടറിനേക്കാൾ വേഗതയുള്ളതാണ്. I ലെയറിനു പുറത്തുള്ള വാഹകരെയും ഡിപ്യുഷൻ ലെയർ വഴി ഡിഫ്യൂഷൻ മോഷൻ വഴി ശേഖരിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു ഡിഫ്യൂഷൻ കറൻ്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. I ലെയറിൻ്റെ കനം പൊതുവെ വളരെ നേർത്തതാണ്, ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ പ്രതികരണ വേഗത മെച്ചപ്പെടുത്തുക എന്നതാണ് ഇതിൻ്റെ ഉദ്ദേശ്യം.

(4)APD ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർഹിമപാത ഫോട്ടോഡയോഡ്
എന്ന മെക്കാനിസംഹിമപാത ഫോട്ടോഡയോഡ്പിഎൻ ജംഗ്ഷനുടേതിന് സമാനമാണ്. APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ വളരെയധികം ഡോപ്പ് ചെയ്ത PN ജംഗ്ഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, APD ഡിറ്റക്ഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജ് വലുതാണ്, ഒരു വലിയ റിവേഴ്സ് ബയസ് ചേർക്കുമ്പോൾ, കൂട്ടിയിടി അയോണൈസേഷനും അവലാഞ്ച് ഗുണനവും APD-ക്കുള്ളിൽ സംഭവിക്കും, കൂടാതെ ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ പ്രകടനം ഫോട്ടോകറൻ്റ് വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. APD റിവേഴ്സ് ബയസ് മോഡിൽ ആയിരിക്കുമ്പോൾ, ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറിലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം വളരെ ശക്തമായിരിക്കും, കൂടാതെ പ്രകാശം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകളെ വേഗത്തിൽ വേർപെടുത്തുകയും വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ വേഗത്തിൽ നീങ്ങുകയും ചെയ്യും. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലാറ്റിസിലേക്ക് ഇടിച്ചുകയറാനുള്ള സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് ലാറ്റിസിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ ആവർത്തിക്കുന്നു, ലാറ്റിസിലെ അയോണൈസ്ഡ് അയോണുകളും ലാറ്റിസുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു, ഇത് APD-യിലെ ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും വലിയ വൈദ്യുതധാരയ്ക്ക് കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. APD-യ്ക്കുള്ളിലെ ഈ അതുല്യമായ ഭൗതിക സംവിധാനമാണ് APD-അധിഷ്ഠിത ഡിറ്റക്ടറുകൾക്ക് സാധാരണയായി വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണ വേഗത, വലിയ നിലവിലെ മൂല്യ നേട്ടം, ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത എന്നിവയുടെ സവിശേഷതകൾ. PN ജംഗ്ഷൻ, PIN ജംഗ്ഷൻ എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, APD-ക്ക് വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയുണ്ട്, ഇത് നിലവിലെ ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് ട്യൂബുകളിൽ ഏറ്റവും വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയാണ്.

(5) ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ
Schottky junction photodetector ൻ്റെ അടിസ്ഥാന ഘടന ഒരു Schottky ഡയോഡാണ്, അതിൻ്റെ വൈദ്യുത സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ മുകളിൽ വിവരിച്ച PN ജംഗ്ഷനിലേതിന് സമാനമാണ്, കൂടാതെ ഇതിന് നല്ല ചാലകവും റിവേഴ്സ് കട്ട്-ഓഫും ഉള്ള ഏകദിശ ചാലകതയുണ്ട്. ഉയർന്ന വർക്ക് ഫംഗ്‌ഷനുള്ള ലോഹവും കുറഞ്ഞ വർക്ക് ഫംഗ്‌ഷനുള്ള ഒരു അർദ്ധചാലകവും കോൺടാക്റ്റ് രൂപപ്പെടുമ്പോൾ, ഒരു ഷോട്ട്കി തടസ്സം രൂപം കൊള്ളുന്നു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ജംഗ്ഷൻ ഒരു ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ ആണ്. പ്രധാന സംവിധാനം പിഎൻ ജംഗ്ഷനോട് സാമ്യമുള്ളതാണ്, എൻ-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകങ്ങളെ ഉദാഹരണമായി എടുക്കുന്നു, രണ്ട് വസ്തുക്കൾ സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത കാരണം, അർദ്ധചാലകത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലോഹ വശത്തേക്ക് വ്യാപിക്കും. വ്യാപിച്ച ഇലക്ട്രോണുകൾ ലോഹത്തിൻ്റെ ഒരറ്റത്ത് തുടർച്ചയായി അടിഞ്ഞുകൂടുന്നു, അങ്ങനെ ലോഹത്തിൻ്റെ യഥാർത്ഥ വൈദ്യുത ന്യൂട്രാലിറ്റി നശിപ്പിക്കുന്നു, അർദ്ധചാലകത്തിൽ നിന്ന് ലോഹത്തിലേക്ക് കോൺടാക്റ്റ് പ്രതലത്തിൽ ഒരു ബിൽറ്റ്-ഇൻ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉണ്ടാക്കുന്നു, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണുകൾ അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ ഒഴുകും. ആന്തരിക വൈദ്യുത മണ്ഡലം, ഒപ്പം കാരിയറിൻ്റെ വ്യാപനവും ഡ്രിഫ്റ്റ് ചലനവും ഒരേസമയം നടത്തപ്പെടും, കുറച്ച് സമയത്തിന് ശേഷം ഡൈനാമിക് സന്തുലിതാവസ്ഥയിലെത്തുകയും ഒടുവിൽ ഒരു ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യും. പ്രകാശസാഹചര്യത്തിൽ, ബാരിയർ മേഖല നേരിട്ട് പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം പിഎൻ ജംഗ്ഷനിലെ ഫോട്ടോ ജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകൾക്ക് ജംഗ്ഷൻ മേഖലയിൽ എത്താൻ ഡിഫ്യൂഷൻ മേഖലയിലൂടെ കടന്നുപോകേണ്ടതുണ്ട്. PN ജംഗ്ഷനുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, Schottky ജംഗ്ഷൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന് വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയുണ്ട്, കൂടാതെ പ്രതികരണ വേഗത ns ലെവലിൽ പോലും എത്താം.