ෆොටෝඩෙක්ටර් උපාංග ව්‍යුහයේ වර්ගය

වර්ගයphotodetector උපාංගයව්යුහය
ඡායාරූප අනාවරකයදෘශ්‍ය සංඥාව විද්‍යුත් සංඥා බවට පරිවර්තනය කරන උපකරණයකි, එහි ව්‍යුහය සහ විවිධත්වය, ප්‍රධාන වශයෙන් පහත සඳහන් කාණ්ඩවලට බෙදිය හැකිය:
(1) ඡායාරූප සන්නායක ඡායාරූප අනාවරකය
ප්‍රකාශ සන්නායක උපාංග ආලෝකයට නිරාවරණය වන විට, ප්‍රභා උත්පාදනය කරන ලද වාහකය ඒවායේ සන්නායකතාව වැඩි කරන අතර ප්‍රතිරෝධය අඩු කරයි. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී උද්යෝගිමත් වන වාහක විද්යුත් ක්ෂේත්රයක ක්රියාකාරිත්වය යටතේ දිශානුගත ආකාරයෙන් චලනය වන අතර එමගින් ධාරාවක් ජනනය කරයි. ආලෝකයේ තත්ත්වය යටතේ ඉලෙක්ට්රෝන උද්යෝගිමත් වන අතර සංක්රමණය සිදු වේ. ඒ අතරම, ඒවා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ ප්ලාවිත වී ප්‍රභා ධාරාවක් සාදයි. එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ඡායාරූපගත කරන ලද වාහකයන් උපාංගයේ සන්නායකතාව වැඩි කරන අතර එමගින් ප්රතිරෝධය අඩු කරයි. ඡායා සන්නායක ෆොටෝඩෙක්ටර් සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ ප්‍රතිලාභයක් සහ ක්‍රියාකාරීත්වයේ විශිෂ්ට ප්‍රතිචාර දැක්වීමක් පෙන්නුම් කරයි, නමුත් ඒවාට අධි-සංඛ්‍යාත දෘශ්‍ය සංඥා වලට ප්‍රතිචාර දැක්විය නොහැක, එබැවින් ප්‍රතිචාර වේගය මන්දගාමී වේ, එය සමහර පැතිවල ප්‍රකාශ සන්නායක උපාංග යෙදීම සීමා කරයි.

(2)PN ඡායාරූප අනාවරකය
PN photodetector සෑදී ඇත්තේ P වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය සහ N-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය අතර ස්පර්ශයෙනි. ස්පර්ශය සෑදීමට පෙර, ද්රව්ය දෙක වෙනම තත්වයක පවතී. P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයේ Fermi මට්ටම සංයුජතා කලාපයේ දාරයට ආසන්න වන අතර N-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායකයේ Fermi මට්ටම සන්නායක කලාපයේ මායිමට ආසන්න වේ. ඒ අතරම, සන්නායක කලාපයේ කෙළවරේ ඇති N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යයේ ෆර්මි මට්ටම එම ද්‍රව්‍ය දෙකේ ෆර්මි මට්ටම එකම ස්ථානයේ පවතින තෙක් අඛණ්ඩව පහළට මාරු වේ. සන්නායක කලාපයේ සහ සංයුජතා කලාපයේ පිහිටීම වෙනස් කිරීම ද පටිය නැමීම සමඟ සිදු වේ. PN හන්දිය සමතුලිතව පවතින අතර ඒකාකාර ෆර්මි මට්ටමක් ඇත. ආරෝපණ වාහක විශ්ලේෂණයේ අංශයෙන්, P-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යවල බොහෝ ආරෝපණ වාහක සිදුරු වන අතර N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යවල බොහෝ ආරෝපණ වාහක ඉලෙක්ට්‍රෝන වේ. ද්‍රව්‍ය දෙක ස්පර්ශ වන විට, වාහක සාන්ද්‍රණයේ වෙනස හේතුවෙන්, N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යවල ඉලෙක්ට්‍රෝන P-වර්ගයට විසරණය වන අතර N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යවල ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරුවලට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට විසරණය වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ කුහරවල විසරණයෙන් ඉතිරි වන වන්දි නොලබන ප්‍රදේශය බිල්ට් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් සාදනු ඇති අතර, ගොඩනඟන ලද විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය වාහක ප්ලාවිතයේ ප්‍රවණතාවක් ඇති කරයි, සහ ප්ලාවිතයේ දිශාව විසරණයේ දිශාවට ප්‍රතිවිරුද්ධ වේ, එනම් බිල්ට් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සෑදීම වාහක විසරණය වළක්වන අතර, ස්ථිතික වාහක ප්‍රවාහය ශුන්‍ය වන පරිදි චලිතය දෙවර්ගය සමතුලිත වන තෙක් පීඑන් හන්දිය ඇතුළත විසරණය සහ ප්ලාවිතය යන දෙකම පවතී. අභ්යන්තර ගතික ශේෂය.
PN හන්දිය ආලෝක විකිරණයට නිරාවරණය වන විට, ෆෝටෝනයේ ශක්තිය වාහකය වෙත මාරු වන අතර, ඡායාරූප උත්පාදනය කරන ලද වාහකය, එනම්, ඡායාරූප උත්පාදනය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගලය ජනනය වේ. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ක්‍රියාකාරීත්වය යටතේ ඉලෙක්ට්‍රෝනය සහ සිදුරු පිළිවෙලින් N කලාපයට සහ P කලාපයට ප්ලාවිත වන අතර, ප්‍රභාකරන වාහකයේ දිශානුගත ප්ලාවිතය ප්‍රභා ධාරාව ජනනය කරයි. PN junction photodetector හි මූලික මූලධර්මය මෙයයි.

(3)PIN ඡායාරූප අනාවරකය
Pin photodiode යනු I ස්ථරය අතර P-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යයක් සහ N-වර්ගයේ ද්‍රව්‍යයකි, ද්‍රව්‍යයේ I ස්ථරය සාමාන්‍යයෙන් ආවේණික හෝ අඩු මාත්‍රණ ද්‍රව්‍යයකි. එහි ක්‍රියාකාරී යාන්ත්‍රණය PN හන්දියට සමාන වේ, PIN හන්දිය ආලෝක විකිරණයට නිරාවරණය වන විට, ෆෝටෝනය ඉලෙක්ට්‍රෝනයට ශක්තිය මාරු කරයි, ඡායාරූප උත්පාදනය කරන ලද ආරෝපණ වාහක ජනනය කරයි, සහ අභ්‍යන්තර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය හෝ බාහිර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය ඡායාරූප ජනනය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන කුහරය වෙන් කරයි. ක්ෂය වීමේ ස්ථරයේ යුගල වන අතර, ප්ලාවිත ආරෝපණ වාහක බාහිර පරිපථයේ ධාරාවක් සාදනු ඇත. I ස්ථරය විසින් ඉටු කරනු ලබන කාර්යභාරය ක්ෂය වීමේ ස්ථරයේ පළල පුළුල් කිරීම වන අතර, I ස්ථරය සම්පූර්ණයෙන්ම විශාල පක්ෂග්‍රාහී වෝල්ටීයතාවයක් යටතේ ක්ෂය වීමේ ස්ථරය බවට පත් වන අතර, ජනනය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල වේගයෙන් වෙන් කරනු ලැබේ, එබැවින් ප්‍රතිචාර වේගය PIN junction photodetector සාමාන්‍යයෙන් PN හන්දි අනාවරකයට වඩා වේගවත් වේ. I ස්ථරයෙන් පිටත වාහකයන් ද විසරණ චලිතය හරහා ක්ෂය ස්තරය මගින් එකතු කර, විසරණ ධාරාවක් සාදයි. I ස්ථරයේ ඝනකම සාමාන්‍යයෙන් ඉතා තුනී වන අතර එහි අරමුණ වන්නේ අනාවරකයේ ප්‍රතිචාර වේගය වැඩි දියුණු කිරීමයි.

(4)APD photodetectoravalanche photodiode
හි යාන්ත්රණයavalanche photodiodePN හන්දියට සමාන වේ. APD ෆොටෝඩෙටෙක්ටරය අධික ලෙස මාත්‍රණය කළ PN හන්දිය භාවිතා කරයි, APD හඳුනාගැනීම මත පදනම් වූ ක්‍රියාකාරී වෝල්ටීයතාවය විශාල වන අතර විශාල ප්‍රතිලෝම නැඹුරුවක් එකතු කළ විට, APD තුළ ඝට්ටන අයනීකරණය සහ හිම කුණාටු ගුණ කිරීම සිදුවනු ඇත, සහ අනාවරකයේ ක්‍රියාකාරීත්වය ප්‍රභා ධාරාව වැඩි වේ. APD ප්‍රතිලෝම පක්ෂග්‍රාහී මාදිලියේ ඇති විට, ක්ෂය වීමේ ස්ථරයේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය ඉතා ප්‍රබල වනු ඇති අතර, ආලෝකය මගින් ජනනය කරන ලද ඡායා උත්පාදන වාහකයන් ඉක්මනින් වෙන් වී ඉක්මනින් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ ප්ලාවිත වේ. මෙම ක්‍රියාවලියේදී ඉලෙක්ට්‍රෝන දැලිසට ගැටීමේ සම්භාවිතාවක් ඇත, එමඟින් දැලිසෙහි ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකෘත වේ. මෙම ක්‍රියාවලිය නැවත නැවතත් සිදු වන අතර දැලිසෙහි ඇති අයනීකෘත අයන ද දැලිස සමඟ ගැටෙන අතර එමඟින් APD හි ආරෝපණ වාහක සංඛ්‍යාව වැඩි වන අතර එමඟින් විශාල ධාරාවක් ඇති වේ. APD-පාදක අනාවරකවල සාමාන්‍යයෙන් වේගවත් ප්‍රතිචාර වේගය, විශාල ධාරා අගය වැඩිවීම සහ ඉහළ සංවේදීතාව යන ලක්ෂණ ඇති බව APD තුළ ඇති මෙම අද්විතීය භෞතික යාන්ත්‍රණයයි. PN හන්දිය සහ PIN හන්දිය සමඟ සසඳන විට, APD හි වේගවත් ප්‍රතිචාර වේගයක් ඇත, එය වත්මන් ප්‍රභාසංවේදි නල අතර වේගවත්ම ප්‍රතිචාර වේගය වේ.

(5) Schottky junction photodetector
Schottky junction photodetector හි මූලික ව්‍යුහය Schottky diode එකක් වන අතර, එහි විද්‍යුත් ලක්ෂණ ඉහත විස්තර කර ඇති PN හන්දියට සමාන වන අතර එය ධනාත්මක සන්නායකතාවය සහ ප්‍රතිලෝම කපා හැරීම සමඟ ඒක දිශානුගත සන්නායකතාවක් ඇත. ඉහළ වැඩ ශ්‍රිතයක් සහිත ලෝහයක් සහ අඩු වැඩ ශ්‍රිතයක් සහිත අර්ධ සන්නායකයක් ස්පර්ශ වන විට, Schottky බාධකයක් සාදනු ලබන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස හන්දිය Schottky හන්දිය වේ. ප්‍රධාන යාන්ත්‍රණය PN හන්දියට තරමක් සමාන වේ, උදාහරණයක් ලෙස N-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක ගෙන, ද්‍රව්‍ය දෙකක් ස්පර්ශ වන විට, ද්‍රව්‍ය දෙකේ විවිධ ඉලෙක්ට්‍රෝන සාන්ද්‍රණය හේතුවෙන්, අර්ධ සන්නායකයේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෝහ පැත්තට විසරණය වේ. විසරණය වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෝහයේ එක් කෙළවරක අඛණ්ඩව එකතු වන අතර එමඟින් ලෝහයේ මුල් විද්‍යුත් මධ්‍යස්ථභාවය විනාශ කරයි, අර්ධ සන්නායකයේ සිට ස්පර්ශක පෘෂ්ඨයේ ලෝහය දක්වා සාදන ලද විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් සාදයි, සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන එහි ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ ප්ලාවනය වේ. අභ්‍යන්තර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය, සහ වාහකයාගේ විසරණය සහ ප්ලාවිත චලිතය, ගතික සමතුලිතතාවයට ළඟා වීමට කාලයකට පසුව, අවසානයේ Schottky හන්දියක් සාදනු ඇත. ආලෝක තත්ව යටතේ, බාධක කලාපය සෘජුවම ආලෝකය අවශෝෂණය කර ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල ජනනය කරන අතර, PN හන්දිය තුළ ඇති ප්‍රකාශන ජනනය කරන ලද වාහකයන් හන්දි කලාපයට ළඟා වීමට විසරණ කලාපය හරහා ගමන් කළ යුතුය. PN හන්දිය හා සසඳන විට, Schottky හන්දිය මත පදනම් වූ photodetector හට වේගවත් ප්‍රතිචාර වේගයක් ඇති අතර, ප්‍රතිචාර වේගය ns මට්ටමට පවා ළඟා විය හැක.