ফটোডিটেক্টর ডিভাইসের কাঠামোর ধরণ

প্রকারফটোডিটেক্টর ডিভাইসকাঠামো
ফটোডিটেক্টরএটি এমন একটি ডিভাইস যা আলোক সংকেতকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে, এর গঠন ও প্রকারভেদ অনুসারে, এটিকে প্রধানত নিম্নলিখিত শ্রেণীগুলিতে ভাগ করা যায়:
(1) আলোক পরিবাহী আলোক শনাক্তকারী
যখন আলোক পরিবাহী ডিভাইস আলোর সংস্পর্শে আসে, তখন আলোক-উৎপন্ন বাহকগুলো এর পরিবাহিতা বাড়ায় এবং রোধ কমায়। কক্ষ তাপমাত্রায় উত্তেজিত বাহকগুলো একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে দিকনির্দেশকভাবে চলাচল করে, ফলে একটি তড়িৎপ্রবাহ উৎপন্ন হয়। আলোর উপস্থিতিতে ইলেকট্রন উত্তেজিত হয় এবং তাদের মধ্যে রূপান্তর ঘটে। একই সময়ে, তারা একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে প্রবাহিত হয়ে একটি আলোক-প্রবাহ তৈরি করে। এর ফলে সৃষ্ট আলোক-উৎপন্ন বাহকগুলো ডিভাইসের পরিবাহিতা বাড়ায় এবং রোধ কমিয়ে দেয়। আলোক পরিবাহী ফটোডিটেক্টরগুলো সাধারণত উচ্চ গেইন এবং কার্যক্ষমতায় দারুণ সাড়া প্রদান করে, কিন্তু এগুলো উচ্চ-কম্পাঙ্কের আলোক সংকেতে সাড়া দিতে পারে না, তাই এদের সাড়া দেওয়ার গতি ধীর হয়, যা কিছু ক্ষেত্রে আলোক পরিবাহী ডিভাইসের প্রয়োগকে সীমিত করে।

(2)পিএন ফটোডিটেক্টর
পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদান এবং এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের মধ্যে সংযোগের মাধ্যমে পিএন ফটোডিটেক্টর গঠিত হয়। সংযোগ তৈরি হওয়ার আগে, উপাদান দুটি পৃথক অবস্থায় থাকে। পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের ফার্মি লেভেল ভ্যালেন্স ব্যান্ডের প্রান্তের কাছাকাছি থাকে, অন্যদিকে এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের ফার্মি লেভেল কন্ডাকশন ব্যান্ডের প্রান্তের কাছাকাছি থাকে। একই সময়ে, কন্ডাকশন ব্যান্ডের প্রান্তে থাকা এন-টাইপ উপাদানের ফার্মি লেভেল ক্রমাগত নিচের দিকে সরে যেতে থাকে যতক্ষণ না দুটি উপাদানের ফার্মি লেভেল একই অবস্থানে আসে। কন্ডাকশন ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ডের অবস্থানের এই পরিবর্তনের সাথে সাথে ব্যান্ডের বেঁকেও যায়। পিএন জংশন সাম্যাবস্থায় থাকে এবং এর একটি অভিন্ন ফার্মি লেভেল থাকে। চার্জ বাহক বিশ্লেষণের দৃষ্টিকোণ থেকে, পি-টাইপ উপাদানগুলিতে বেশিরভাগ চার্জ বাহক হলো হোল, অন্যদিকে এন-টাইপ উপাদানগুলিতে বেশিরভাগ চার্জ বাহক হলো ইলেকট্রন। যখন দুটি পদার্থ সংস্পর্শে আসে, তখন বাহক ঘনত্বের পার্থক্যের কারণে, N-টাইপ পদার্থের ইলেকট্রনগুলো P-টাইপে ছড়িয়ে পড়ে, অন্যদিকে N-টাইপ পদার্থের ইলেকট্রনগুলো বিপরীত দিকে হোলের দিকে ছড়িয়ে পড়ে। ইলেকট্রন এবং হোলের এই ছড়িয়ে পড়ার ফলে যে অপূরিত স্থানটি তৈরি হয়, সেখানে একটি অন্তর্নির্মিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি হয়। এই অন্তর্নির্মিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি বাহকের প্রবাহকে (carrier drift) প্রভাবিত করে এবং এই প্রবাহের দিকটি ছড়িয়ে পড়ার দিকের ঠিক বিপরীত হয়। এর অর্থ হলো, অন্তর্নির্মিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের গঠন বাহকের ছড়িয়ে পড়াকে বাধা দেয় এবং PN জংশনের ভিতরে এই দুই ধরনের গতি ভারসাম্যপূর্ণ না হওয়া পর্যন্ত ছড়িয়ে পড়া ও প্রবাহ উভয়ই চলতে থাকে, যার ফলে স্থির বাহক প্রবাহ শূন্য হয়। অভ্যন্তরীণ গতিশীল ভারসাম্য।
যখন পিএন জংশন আলোক বিকিরণের সংস্পর্শে আসে, তখন ফোটনের শক্তি বাহকের কাছে স্থানান্তরিত হয় এবং আলোক-উৎপন্ন বাহক, অর্থাৎ আলোক-উৎপন্ন ইলেকট্রন-হোল জোড়, উৎপন্ন হয়। তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রভাবে ইলেকট্রন ও হোল যথাক্রমে এন অঞ্চল এবং পি অঞ্চলের দিকে প্রবাহিত হয় এবং আলোক-উৎপন্ন বাহকের এই দিকনির্দেশক প্রবাহ আলোকপ্রবাহ সৃষ্টি করে। এটাই পিএন জংশন ফটোডিটেক্টরের মূল নীতি।

(3)পিন ফটোডিটেক্টর
পিন ফটোডায়োড হলো I লেয়ারের মাঝে অবস্থিত একটি P-টাইপ এবং N-টাইপ উপাদান, যেখানে I লেয়ারের উপাদানটি সাধারণত একটি ইন্ট্রিনসিক বা স্বল্প-ডোপিং উপাদান হয়ে থাকে। এর কার্যপ্রণালী পিএন জংশনের অনুরূপ। যখন পিন জংশন আলোক বিকিরণের সংস্পর্শে আসে, তখন ফোটন ইলেকট্রনে শক্তি স্থানান্তর করে আলোক-উৎপন্ন চার্জ বাহক তৈরি করে। এরপর অভ্যন্তরীণ বা বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ডিপ্লেশন লেয়ারে আলোক-উৎপন্ন ইলেকট্রন-হোল জোড়গুলোকে পৃথক করে দেয় এবং এই স্থানান্তরিত চার্জ বাহকগুলো বাহ্যিক সার্কিটে একটি কারেন্ট তৈরি করে। I লেয়ারের ভূমিকা হলো ডিপ্লেশন লেয়ারের প্রস্থ বৃদ্ধি করা। একটি উচ্চ বায়াস ভোল্টেজের অধীনে I লেয়ারটি সম্পূর্ণরূপে ডিপ্লেশন লেয়ারে পরিণত হয় এবং উৎপন্ন ইলেকট্রন-হোল জোড়গুলো দ্রুত পৃথক হয়ে যায়। তাই পিন জংশন ফটোডিটেক্টরের সাড়া দেওয়ার গতি সাধারণত পিএন জংশন ডিটেক্টরের চেয়ে দ্রুততর হয়। I লেয়ারের বাইরের বাহকগুলোও ডিফিউশন গতির মাধ্যমে ডিপ্লেশন লেয়ার দ্বারা সংগৃহীত হয়, যা একটি ডিফিউশন কারেন্ট তৈরি করে। I স্তরের পুরুত্ব সাধারণত খুব পাতলা হয় এবং এর উদ্দেশ্য হলো ডিটেক্টরের সাড়াদানের গতি উন্নত করা।

(4)এপিডি ফটোডিটেক্টরতুষারধস ফটোডায়োড
এর প্রক্রিয়াতুষারধস ফটোডায়োডএর কার্যপ্রণালী PN জংশনের অনুরূপ। APD ফটোডিটেক্টর উচ্চ মাত্রায় ডোপ করা PN জংশন ব্যবহার করে, APD ডিটেকশনের উপর ভিত্তি করে এর অপারেটিং ভোল্টেজ বেশি হয়, এবং যখন একটি বড় রিভার্স বায়াস প্রয়োগ করা হয়, তখন APD-র ভিতরে সংঘর্ষজনিত আয়নীকরণ এবং অ্যাভাল্যাঞ্চ গুণন ঘটে, এবং ডিটেক্টরের কার্যক্ষমতা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে ফটোকারেন্ট বেড়ে যায়। যখন APD রিভার্স বায়াস মোডে থাকে, তখন ডিপ্লেশন লেয়ারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র খুব শক্তিশালী হয়, এবং আলো দ্বারা উৎপন্ন ফটোজেনারেটেড ক্যারিয়ারগুলো বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে দ্রুত পৃথক হয়ে যায় এবং দ্রুত প্রবাহিত হয়। এই প্রক্রিয়ার সময় ইলেকট্রনগুলোর ল্যাটিসের সাথে ধাক্কা লাগার সম্ভাবনা থাকে, যার ফলে ল্যাটিসের ইলেকট্রনগুলো আয়নিত হয়। এই প্রক্রিয়াটি বারবার চলতে থাকে, এবং ল্যাটিসের আয়নিত আয়নগুলোও ল্যাটিসের সাথে সংঘর্ষ ঘটায়, যার ফলে APD-তে চার্জ ক্যারিয়ারের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং একটি বড় কারেন্ট উৎপন্ন হয়। APD-র ভিতরের এই অনন্য ভৌত কৌশলের কারণেই APD-ভিত্তিক ডিটেক্টরগুলোতে সাধারণত দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতি, উচ্চ কারেন্ট মান বৃদ্ধি এবং উচ্চ সংবেদনশীলতার মতো বৈশিষ্ট্য দেখা যায়। PN জংশন এবং PIN জংশনের তুলনায় APD-র সাড়া দেওয়ার গতি বেশি, যা বর্তমান আলোকসংবেদনশীল টিউবগুলোর মধ্যে দ্রুততম।

(5) স্কটকি জংশন ফটোডিটেক্টর
স্কটকি জংশন ফটোডিটেক্টরের মূল কাঠামো হলো একটি স্কটকি ডায়োড, যার বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলো উপরে বর্ণিত পিএন জংশনের অনুরূপ এবং এতে ধনাত্মক পরিবাহিতা ও বিপরীত কাট-অফ সহ একমুখী পরিবাহিতা রয়েছে। যখন উচ্চ ওয়ার্ক ফাংশনযুক্ত একটি ধাতু এবং নিম্ন ওয়ার্ক ফাংশনযুক্ত একটি সেমিকন্ডাক্টর সংস্পর্শে আসে, তখন একটি স্কটকি ব্যারিয়ার গঠিত হয় এবং এর ফলে সৃষ্ট জংশনটি হলো স্কটকি জংশন। এর প্রধান কার্যপ্রণালী পিএন জংশনের সাথে কিছুটা সাদৃশ্যপূর্ণ। এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরকে উদাহরণ হিসেবে নিলে, যখন দুটি পদার্থ সংস্পর্শে আসে, তখন তাদের ভিন্ন ভিন্ন ইলেকট্রন ঘনত্বের কারণে সেমিকন্ডাক্টরের ইলেকট্রনগুলো ধাতব দিকে ব্যাপিত হয়। ছড়িয়ে পড়া ইলেকট্রনগুলো ধাতুর এক প্রান্তে ক্রমাগত জমা হতে থাকে, ফলে ধাতুটির মূল বৈদ্যুতিক নিরপেক্ষতা নষ্ট হয়ে যায় এবং সংযোগ পৃষ্ঠে সেমিকন্ডাক্টর থেকে ধাতু পর্যন্ত একটি অন্তর্নির্মিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি হয়। এই অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে ইলেকট্রনগুলো প্রবাহিত হতে থাকে এবং বাহকের ব্যাপন ও প্রবাহ গতি একই সাথে চলতে থাকে। কিছু সময় পর এটি গতিশীল ভারসাম্যে পৌঁছায় এবং অবশেষে একটি স্কটকি জংশন তৈরি করে। আলোর উপস্থিতিতে, প্রতিবন্ধক অঞ্চলটি সরাসরি আলো শোষণ করে ইলেকট্রন-হোল জোড় তৈরি করে, অন্যদিকে পিএন জংশনের অভ্যন্তরে আলোক-উৎপন্ন বাহকগুলোকে জংশন অঞ্চলে পৌঁছানোর জন্য ব্যাপন অঞ্চলের মধ্য দিয়ে যেতে হয়। পিএন জংশনের তুলনায় স্কটকি জংশনের উপর ভিত্তি করে তৈরি ফটোডিটেক্টরের সাড়া দেওয়ার গতি বেশি, এবং এই গতি এমনকি ন্যানোসেকেন্ড (ns) পর্যায়েও পৌঁছাতে পারে।