ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണ ഘടനയുടെ തരം

തരംഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണംഘടന
ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലിനെ വൈദ്യുത സിഗ്നലാക്കി മാറ്റുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ്, അതിന്റെ ഘടനയും വൈവിധ്യവും പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: ‌
(1) ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഉപകരണങ്ങൾ പ്രകാശത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയർ അവയുടെ ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന വാഹകർ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഒരു ദിശാസൂചന രീതിയിൽ നീങ്ങുന്നു, അങ്ങനെ ഒരു വൈദ്യുതധാര സൃഷ്ടിക്കുന്നു. പ്രകാശത്തിന്റെ അവസ്ഥയിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുകയും പരിവർത്തനം സംഭവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതേ സമയം, അവ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ സഞ്ചരിച്ച് ഒരു ഫോട്ടോകറന്റ് രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് വാഹകർ ഉപകരണത്തിന്റെ ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ സാധാരണയായി പ്രകടനത്തിൽ ഉയർന്ന നേട്ടവും മികച്ച പ്രതികരണശേഷിയും കാണിക്കുന്നു, പക്ഷേ അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകളോട് പ്രതികരിക്കാൻ കഴിയില്ല, അതിനാൽ പ്രതികരണ വേഗത മന്ദഗതിയിലാണ്, ഇത് ചില വശങ്ങളിൽ ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രയോഗത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

(2)പിഎൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
പി-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലും എൻ-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലും തമ്മിലുള്ള സമ്പർക്കത്തിലൂടെയാണ് പിഎൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ രൂപപ്പെടുന്നത്. കോൺടാക്റ്റ് രൂപപ്പെടുന്നതിന് മുമ്പ്, രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളും വ്യത്യസ്ത അവസ്ഥയിലാണ്. പി-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറിലെ ഫെർമി ലെവൽ വാലൻസ് ബാൻഡിന്റെ അരികിനടുത്താണ്, അതേസമയം എൻ-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറിലെ ഫെർമി ലെവൽ ചാലക ബാൻഡിന്റെ അരികിനടുത്താണ്. അതേസമയം, ചാലക ബാൻഡിന്റെ അരികിലുള്ള എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഫെർമി ലെവൽ രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെയും ഫെർമി ലെവൽ ഒരേ സ്ഥാനത്ത് എത്തുന്നതുവരെ തുടർച്ചയായി താഴേക്ക് മാറ്റപ്പെടുന്നു. ചാലക ബാൻഡിന്റെയും വാലൻസ് ബാൻഡിന്റെയും സ്ഥാനമാറ്റത്തോടൊപ്പം ബാൻഡിന്റെ വളവും ഉണ്ടാകുന്നു. പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ്, കൂടാതെ ഒരു ഏകീകൃത ഫെർമി ലെവലും ഉണ്ട്. ചാർജ് കാരിയർ വിശകലനത്തിന്റെ വശത്ത് നിന്ന്, പി-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ചാർജ് കാരിയറുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ദ്വാരങ്ങളാണ്, അതേസമയം എൻ-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ചാർജ് കാരിയറുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ഇലക്ട്രോണുകളാണ്. രണ്ട് വസ്തുക്കളും സമ്പർക്കത്തിലായിരിക്കുമ്പോൾ, കാരിയർ സാന്ദ്രതയിലെ വ്യത്യാസം കാരണം, N-തരം വസ്തുക്കളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ P-തരം വസ്തുക്കളിലേക്ക് വ്യാപിക്കും, അതേസമയം N-തരം വസ്തുക്കളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ദ്വാരങ്ങൾക്ക് വിപരീത ദിശയിലേക്ക് വ്യാപിക്കും. ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും വ്യാപനം മൂലം ശേഷിക്കുന്ന നഷ്ടപരിഹാരം നൽകാത്ത പ്രദേശം ഒരു ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് രൂപപ്പെടുത്തും, ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് കാരിയർ ഡ്രിഫ്റ്റിനെ ട്രെൻഡ് ചെയ്യും, കൂടാതെ ഡ്രിഫ്റ്റിന്റെ ദിശ ഡിഫ്യൂഷന്റെ ദിശയ്ക്ക് നേരെ വിപരീതമാണ്, അതായത് ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡിന്റെ രൂപീകരണം കാരിയറുകളുടെ ഡിഫ്യൂഷനെ തടയുന്നു, കൂടാതെ രണ്ട് തരത്തിലുള്ള ചലനങ്ങളും സന്തുലിതമാകുന്നതുവരെ PN ജംഗ്ഷനിൽ ഡിഫ്യൂഷനും ഡ്രിഫ്റ്റും ഉണ്ട്, അങ്ങനെ സ്റ്റാറ്റിക് കാരിയർ ഫ്ലോ പൂജ്യമാകും. ആന്തരിക ഡൈനാമിക് ബാലൻസ്.
PN ജംഗ്ഷൻ പ്രകാശ വികിരണത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോണിന്റെ ഊർജ്ജം കാരിയറിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയർ, അതായത്, ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണും ദ്വാരവും യഥാക്രമം N മേഖലയിലേക്കും P മേഖലയിലേക്കും നീങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയറിന്റെ ദിശാസൂചന ഡ്രിഫ്റ്റ് ഫോട്ടോകറന്റ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഇതാണ് PN ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ അടിസ്ഥാന തത്വം.

(3)പിൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
പിൻ ഫോട്ടോഡയോഡ് ഒരു പി-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലാണ്, I ലെയറിനുമിടയിലുള്ള N-ടൈപ്പ് മെറ്റീരിയലാണ്, മെറ്റീരിയലിന്റെ I ലെയർ പൊതുവെ ഒരു ആന്തരിക അല്ലെങ്കിൽ കുറഞ്ഞ ഡോപ്പിംഗ് മെറ്റീരിയലാണ്. അതിന്റെ പ്രവർത്തന സംവിധാനം PN ജംഗ്ഷന് സമാനമാണ്, PIN ജംഗ്ഷൻ പ്രകാശ വികിരണത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോൺ ഇലക്ട്രോണിലേക്ക് ഊർജ്ജം കൈമാറുന്നു, ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് ചാർജ് കാരിയറുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, കൂടാതെ ആന്തരിക വൈദ്യുത മണ്ഡലം അല്ലെങ്കിൽ ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറിലെ ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികളെ വേർതിരിക്കും, ഡ്രിഫ്റ്റഡ് ചാർജ് കാരിയറുകൾ ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടിൽ ഒരു വൈദ്യുതധാര ഉണ്ടാക്കും. ലെയർ I വഹിക്കുന്ന പങ്ക് ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറിന്റെ വീതി വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്, കൂടാതെ ലെയർ I ഒരു വലിയ ബയസ് വോൾട്ടേജിൽ പൂർണ്ണമായും ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറായി മാറും, കൂടാതെ ജനറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ വേഗത്തിൽ വേർതിരിക്കപ്പെടും, അതിനാൽ PIN ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രതികരണ വേഗത പൊതുവെ PN ജംഗ്ഷൻ ഡിറ്റക്ടറിനേക്കാൾ വേഗതയുള്ളതാണ്. I ലെയറിന് പുറത്തുള്ള കാരിയറുകളും ഡിപ്ലിഷൻ ലെയർ ഡിപ്രഷൻ ചലനത്തിലൂടെ ശേഖരിക്കുന്നു, ഒരു ഡിഫ്യൂഷൻ കറന്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. I ലെയറിന്റെ കനം പൊതുവെ വളരെ നേർത്തതാണ്, ഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രതികരണ വേഗത മെച്ചപ്പെടുത്തുക എന്നതാണ് ഇതിന്റെ ലക്ഷ്യം.

(4)APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഹിമപാത ഫോട്ടോഡയോഡ്
എന്നതിന്റെ സംവിധാനംഹിമപാത ഫോട്ടോഡയോഡ്PN ജംഗ്ഷനു സമാനമാണ്. APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ വളരെ ഡോപ്പ് ചെയ്ത PN ജംഗ്ഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, APD ഡിറ്റക്ഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജ് വലുതാണ്, കൂടാതെ ഒരു വലിയ റിവേഴ്സ് ബയസ് ചേർക്കുമ്പോൾ, APD-ക്കുള്ളിൽ കൊളീഷൻ അയോണൈസേഷനും അവലാഞ്ച് ഗുണനവും സംഭവിക്കും, കൂടാതെ ഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രകടനം ഫോട്ടോകറന്റ് വർദ്ധിപ്പിക്കും. APD റിവേഴ്സ് ബയസ് മോഡിൽ ആയിരിക്കുമ്പോൾ, ഡിപ്ലിഷൻ ലെയറിലെ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് വളരെ ശക്തമായിരിക്കും, കൂടാതെ പ്രകാശത്താൽ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകൾ വേഗത്തിൽ വേർപെടുത്തപ്പെടുകയും വൈദ്യുത ഫീൽഡിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ വേഗത്തിൽ നീങ്ങുകയും ചെയ്യും. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലാറ്റിസിലേക്ക് ഇടിച്ചു കയറാനുള്ള സാധ്യതയുണ്ട്, ഇത് ലാറ്റിസിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ അയോണീകരിക്കപ്പെടാൻ കാരണമാകുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ ആവർത്തിക്കുന്നു, ലാറ്റിസിലെ അയോണൈസ്ഡ് അയോണുകളും ലാറ്റിസുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു, ഇത് APD-യിലെ ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് ഒരു വലിയ കറന്റിന് കാരണമാകുന്നു. APD-അധിഷ്ഠിത ഡിറ്റക്ടറുകൾക്ക് സാധാരണയായി വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണ വേഗത, വലിയ കറന്റ് മൂല്യ നേട്ടം, ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത എന്നിവയുടെ സവിശേഷതകൾ ഉള്ളത് APD-ക്കുള്ളിലെ ഈ സവിശേഷ ഭൗതിക സംവിധാനമാണ്. PN ജംഗ്ഷനുമായും PIN ജംഗ്ഷനുമായും താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, APD-ക്ക് വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയുണ്ട്, നിലവിലുള്ള ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് ട്യൂബുകളിൽ ഏറ്റവും വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയാണിത്.

(5) ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ അടിസ്ഥാന ഘടന ഒരു ഷോട്ട്കി ഡയോഡാണ്, അതിന്റെ വൈദ്യുത സവിശേഷതകൾ മുകളിൽ വിവരിച്ച PN ജംഗ്ഷന്റെ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്ക് സമാനമാണ്, കൂടാതെ ഇതിന് പോസിറ്റീവ് കണ്ടക്ഷനും റിവേഴ്സ് കട്ട്-ഓഫും ഉള്ള ഏകദിശാ ചാലകതയുണ്ട്. ഉയർന്ന വർക്ക് ഫംഗ്ഷനും കുറഞ്ഞ വർക്ക് ഫംഗ്ഷനുമുള്ള ഒരു അർദ്ധചാലകവും സമ്പർക്കം രൂപപ്പെടുമ്പോൾ, ഒരു ഷോട്ട്കി തടസ്സം രൂപപ്പെടുകയും തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ജംഗ്ഷൻ ഒരു ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷനുമാണ്. പ്രധാന സംവിധാനം PN ജംഗ്ഷനുമായി ഏതാണ്ട് സമാനമാണ്, N-തരം സെമികണ്ടക്ടറുകളെ ഉദാഹരണമായി എടുക്കുക, രണ്ട് വസ്തുക്കളുടെയും വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത കാരണം രണ്ട് വസ്തുക്കൾ സമ്പർക്കം രൂപപ്പെടുമ്പോൾ, അർദ്ധചാലകത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലോഹ വശത്തേക്ക് വ്യാപിക്കും. വ്യാപിപ്പിച്ച ഇലക്ട്രോണുകൾ ലോഹത്തിന്റെ ഒരു അറ്റത്ത് തുടർച്ചയായി അടിഞ്ഞുകൂടുന്നു, അങ്ങനെ ലോഹത്തിന്റെ യഥാർത്ഥ വൈദ്യുത നിഷ്പക്ഷത നശിപ്പിക്കുന്നു, അർദ്ധചാലകത്തിൽ നിന്ന് കോൺടാക്റ്റ് ഉപരിതലത്തിൽ ലോഹത്തിലേക്ക് ഒരു അന്തർനിർമ്മിത വൈദ്യുത മണ്ഡലം രൂപപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ആന്തരിക വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ നീങ്ങും, കൂടാതെ കാരിയറിന്റെ വ്യാപനവും ഡ്രിഫ്റ്റ് ചലനവും ഒരേസമയം നടപ്പിലാക്കപ്പെടും, ഒരു കാലയളവിനുശേഷം ഡൈനാമിക് സന്തുലിതാവസ്ഥയിലെത്തുകയും ഒടുവിൽ ഒരു ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷൻ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യും. പ്രകാശ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ബാരിയർ മേഖല നേരിട്ട് പ്രകാശത്തെ ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം PN ജംഗ്ഷനുള്ളിലെ ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകൾ ജംഗ്ഷൻ മേഖലയിലെത്താൻ ഡിഫ്യൂഷൻ മേഖലയിലൂടെ കടന്നുപോകേണ്ടതുണ്ട്. PN ജംഗ്ഷനുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന് വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ വേഗതയുണ്ട്, കൂടാതെ പ്രതികരണ വേഗത ns ലെവലിൽ പോലും എത്താൻ കഴിയും.