Photodetector
فوٹو ڈیٹیکٹر، جنہیں فوٹو سینسر بھی کہا جاتا ہے، روشنی یا دیگر برقی مقناطیسی تابکاری کے سینسر ہوتے ہیں۔ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی ایک وسیع اقسام ہیں جن کی درجہ بندی پتہ لگانے کے طریقہ کار، جیسے فوٹو الیکٹرک یا فوٹو کیمیکل اثرات، یا مختلف کارکردگی میٹرکس، جیسے سپیکٹرم رسپانس کے ذریعے کی جا سکتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹر عام طور پر پی این جنکشن کا استعمال کرتے ہیں جو فوٹون کو چارج میں تبدیل کرتا ہے۔ جذب شدہ فوٹون انحطاط کے علاقے میں الیکٹران سوراخ کے جوڑے بناتے ہیں۔ فوٹوڈیوڈس اور فوٹو ٹرانجسٹرز فوٹو ڈیٹیکٹرز کی چند مثالیں ہیں۔ شمسی خلیات جذب شدہ روشنی کی کچھ توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کر دیتے ہیں۔ درجہ بندی فوٹو ڈیٹیکٹرز کو ان کے آپریشن کے طریقہ کار اور ڈیوائس کی ساخت کی بنیاد پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ عام درجہ بندی یہ ہیں: آپریشن کے طریقہ کار کی بنیاد پر فوٹو ڈیٹیکٹرز کو پتہ لگانے کے لیے ان کے طریقہ کار کے مطابق درجہ بندی کیا جا سکتا ہے: فوٹو کنڈکٹو اثر: یہ ڈٹیکٹر روشنی کے سامنے آنے پر اپنی برقی چالکتا کو تبدیل کر کے کام کرتے ہیں۔ واقع روشنی مادے میں الیکٹران سوراخ کے جوڑے پیدا کرتی ہے، جس سے اس کی چالکتا میں تبدیلی آتی ہے۔ فوٹو کنڈکٹو ڈٹیکٹر عام طور پر سیمی کنڈکٹر سے بنے ہوتے ہیں۔ فوٹو ایمیشن یا فوٹو الیکٹرک اثر: فوٹوون الیکٹرانوں کو خلا یا گیس میں کسی مادے کے کنڈکشن بینڈ سے آزاد الیکٹرانوں میں منتقل کرنے کا سبب بنتے ہیں۔ تھرمل: فوٹون الیکٹرانوں کو درمیانی وقفہ کی حالتوں میں منتقل کرنے کا سبب بنتے ہیں پھر نچلے بینڈوں میں واپس گرنے لگتے ہیں، جس سے فونون کی نسل پیدا ہوتی ہے اور اس طرح گرمی ہوتی ہے۔ پولرائزیشن: فوٹون مناسب مواد کی پولرائزیشن کی حالتوں میں تبدیلیوں کو جنم دیتے ہیں، جو اضطراب کے اشاریہ میں تبدیلی یا پولرائزیشن کے دیگر اثرات کا باعث بن سکتے ہیں۔ فوٹو کیمیکل: فوٹون کسی مادے میں کیمیائی تبدیلی کو جنم دیتے ہیں۔ کمزور تعامل کے اثرات: فوٹون ثانوی اثرات کو جنم دیتے ہیں جیسے کہ فوٹون ڈریگ ڈیٹیکٹرز میں یا گولی خلیوں میں گیس کے دباؤ میں تبدیلیاں۔ فوٹو ڈیٹیکٹر مختلف ترتیبات میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ سنگل سینسر روشنی کی مجموعی سطح کا پتہ لگا سکتے ہیں۔ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی ایک 1-D صف، جیسا کہ سپیکٹرو فوٹومیٹر یا لائن اسکینر میں، کسی لکیر کے ساتھ روشنی کی تقسیم کی پیمائش کے لیے استعمال کی جا سکتی ہے۔ فوٹو ڈیٹیکٹرز کی 2-D صف کو امیج سینسر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ اس سے پہلے روشنی کے نمونے سے تصاویر بنائی جا سکیں۔ ایک فوٹو ڈیٹیکٹر یا صف عام طور پر روشنی کی کھڑکی سے ڈھکی ہوتی ہے، بعض اوقات اینٹی ریفلیکٹو کوٹنگ ہوتی ہے۔ ڈیوائس ڈھانچے کی بنیاد پر، ڈیوائس ڈھانچے کی بنیاد پر، فوٹو ڈیٹیکٹرز کو درج ذیل زمروں میں درجہ بند کیا جا سکتا ہے: ایم ایس ایم فوٹو ڈیٹیکٹر: ایک میٹل سیمی کنڈکٹر میٹل (ایم ایس ایم) فوٹو ڈیٹیکٹر ایک سیمی کنڈکٹر پرت پر مشتمل ہوتا ہے جو دو میٹل الیکٹروڈز کے درمیان سینڈوچ ہوتا ہے۔ دھات کے الیکٹروڈ انٹرڈیجیٹیٹڈ ہوتے ہیں، جو باری باری انگلیوں یا گرڈ کا ایک سلسلہ بناتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر پرت عام طور پر سلکان (سی)، گیلیئم آرسینائڈ (جی اے اے)، انڈیم فاسفائڈ (آئی این پی) یا اینٹیمنی سیلینائڈ (ایس بی 2 سی ای 3) جیسے مواد سے بنی ہوتی ہے۔ اس کی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے مختلف طریقے مل کر استعمال کیے جاتے ہیں، جیسے کہ عمودی ڈھانچے میں ہیرا پھیری کرنا، نقاشی کرنا، سبسٹریٹ کو تبدیل کرنا، اور پلازمونکس کا استعمال کرنا۔ بہترین قابل حصول کارکردگی اینٹیمنی سیلینائڈ فوٹو ڈیٹیکٹرز کے ذریعے دکھائی جاتی ہے۔ فوٹوڈیوڈس: فوٹوڈیوڈس فوٹو ڈیٹیکٹرز کی سب سے عام قسم ہیں۔ وہ پی این جنکشن والے سیمی کنڈکٹر آلات ہیں۔ واقعے کی روشنی جنکشن کے انحطاط والے علاقے میں الیکٹران سوراخ کے جوڑے پیدا کرتی ہے، جس سے فوٹو کرنٹ پیدا ہوتا ہے۔ فوٹوڈیوڈس کو مزید درجہ بندی کیا جا سکتا ہے: a. پن فوٹوڈیوڈس: ان فوٹوڈیوڈس میں P اور N خطوں کے درمیان ایک اضافی اندرونی (I) خطہ ہوتا ہے، جو کمی کے علاقے کو بڑھاتا ہے اور آلہ کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔ ب۔ شاٹکی فوٹوڈیوڈس: شاٹکی فوٹوڈیوڈس میں پی این جنکشن کے بجائے دھاتی سیمی کنڈکٹر جنکشن کا استعمال کیا جاتا ہے۔ وہ تیز رفتار ردعمل پیش کرتے ہیں اور عام طور پر تیز تعدد ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ ایولانچ فوٹوڈیوڈس (اے پی ڈیز): اے پی ڈیز خصوصی فوٹوڈیوڈس ہیں جو ایولانچ ضرب کو شامل کرتے ہیں۔ ان کے پاس پی این جنکشن کے قریب ایک اعلی برقی میدان کا علاقہ ہے، جو امپیکٹ آئنائزیشن کا سبب بنتا ہے اور اضافی الیکٹران ہول جوڑے تیار کرتا ہے۔ یہ اندرونی اضافہ پتہ لگانے کی حساسیت کو بہتر بناتا ہے۔ اے پی ڈی بڑے پیمانے پر ان ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جن میں اعلی حساسیت کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ کم روشنی کی امیجنگ اور لمبی دوری کے نظری مواصلات۔ فوٹو ٹرانجسٹر: فوٹو ٹرانجسٹر ہلکے حساس بیس ریجن والے ٹرانجسٹر ہوتے ہیں۔ واقع روشنی بیس کرنٹ میں تبدیلی کا سبب بنتی ہے، جو ٹرانجسٹر کے کلیکٹر کرنٹ کو کنٹرول کرتی ہے۔ فوٹو ٹرانزسٹرز امپلیفکیشن پیش کرتے ہیں اور ان ایپلی کیشنز میں استعمال کیے جا سکتے ہیں جن میں پتہ لگانے اور سگنل امپلیفکیشن دونوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ چارج جوڑے والے آلات (سی سی ڈی): سی سی ڈی امیجنگ سینسر ہوتے ہیں جو چھوٹے کیپسیٹرز کی ایک صف پر مشتمل ہوتے ہیں۔ انسیڈنٹ لائٹ کیپسیٹرز میں چارج پیدا کرتی ہے، جسے ایک تصویر بنانے کے لیے ترتیب وار پڑھا اور پروسیس کیا جاتا ہے۔ سی سی ڈی عام طور پر ڈیجیٹل کیمروں اور سائنسی امیجنگ ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ سی ایم او ایس امیج سینسر (سی آئی ایس): سی ایم او ایس امیج سینسر تکمیلی میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (سی ایم او ایس) ٹیکنالوجی پر مبنی ہوتے ہیں۔ وہ ایک چپ پر فوٹو ڈیٹیکٹرز اور سگنل پروسیسنگ سرکٹری کو مربوط کرتے ہیں۔ سی ایم او ایس امیج سینسرز نے اپنی کم بجلی کی کھپت، اعلی انضمام، اور معیاری سی ایم او ایس من گھڑت عمل کے ساتھ مطابقت کی وجہ سے مقبولیت حاصل کی ہے۔ فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبیں (پی ایم ٹی): پی ایم ٹی ویکیوم ٹیوب پر مبنی فوٹو ڈیٹیکٹر ہوتے ہیں۔ وہ ایک فوٹو کیتھوڈ پر مشتمل ہوتے ہیں جو روشن ہونے پر الیکٹرانوں کا اخراج کرتے ہیں، اس کے بعد ڈائنوڈز کا ایک سلسلہ ہوتا ہے جو ثانوی اخراج کے ذریعے الیکٹران کرنٹ کو ضرب دیتا ہے۔ پی ایم ٹی اعلی حساسیت پیش کرتے ہیں اور ان ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جن میں کم روشنی کا پتہ لگانے کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے پارٹیکل فزکس کے تجربات اور سنٹیلیشن ڈٹیکٹر۔ یہ آلہ کی ساخت پر مبنی کچھ عام فوٹو ڈیٹیکٹر ہیں۔ ہر قسم کی اپنی خصوصیات، فوائد اور مختلف شعبوں میں ایپلی کیشنز ہیں، جن میں امیجنگ، کمیونیکیشن، سینسنگ اور سائنسی تحقیق شامل ہیں۔ خصوصیات کارکردگی کے کئی میٹرکس ہیں، جنہیں میرٹ کے اعداد بھی کہا جاتا ہے، جن کے ذریعے فوٹو ڈیٹیکٹرز کی خصوصیت کی جاتی ہے اور کوانٹم کی کارکردگی کا موازنہ کیا جاتا ہے: فی فوٹون پیدا ہونے والے کیریئرز (الیکٹرانوں یا سوراخوں) کی تعداد۔ رسپانسیویٹی: آؤٹ پٹ کرنٹ کو فوٹو ڈیٹیکٹر پر گرنے والی کل لائٹ پاور سے تقسیم کیا جاتا ہے۔ شور کے مساوی طاقت: آلہ کے شور کے مقابلے میں سائز میں سگنل پیدا کرنے کے لیے درکار روشنی کی طاقت کی مقدار۔ سراغ لگانا: ڈٹیکٹر کے علاقے کا مربع جڑ شور کے مساوی طاقت سے تقسیم ہوتا ہے۔ فائدہ: فوٹو ڈیٹیکٹر کا آؤٹ پٹ کرنٹ جو ڈٹیکٹر پر واقع فوٹون کے ذریعے براہ راست پیدا ہونے والے کرنٹ سے تقسیم ہوتا ہے، یعنی بلٹ ان کرنٹ گین۔ تاریک کرنٹ: روشنی کی عدم موجودگی میں بھی فوٹو ڈیٹیکٹر سے گزرنے والا کرنٹ۔ رسپانس ٹائم: فوٹو ڈیٹیکٹر کے لیے حتمی آؤٹ پٹ کے 10 ٪ سے 90 ٪ تک جانے کے لیے درکار وقت۔ شور سپیکٹرم: تعدد کی تقریب کے طور پر اندرونی شور وولٹیج یا کرنٹ۔ اس کی نمائندگی شور سپیکٹرم کثافت کی شکل میں کی جا سکتی ہے۔ غیر لکیری: آر ایف آؤٹ پٹ فوٹو ڈیٹیکٹر سپیکٹرل رسپانس کی غیر لکیری کی وجہ سے محدود ہے: فوٹون فریکوئنسی کے فنکشن کے طور پر فوٹو ڈیٹیکٹر کا ردعمل۔ میکانزم کے لحاظ سے درجہ بند ذیلی اقسام، فوٹو ڈیٹیکٹرز میں درج ذیل آلات شامل ہیں: تجرباتی ذرہ طبیعیات میں فوٹو ایمیشن یا فوٹو الیکٹرک گیسس آئنائزیشن ڈٹیکٹرز کا استعمال گیس ایٹموں یا مالیکیولز کو آئنائز کرنے کے لیے کافی توانائی والے فوٹونز اور ذرات کا پتہ لگانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ آئنائزیشن سے پیدا ہونے والے الیکٹران اور آئن کرنٹ کے بہاؤ کا سبب بنتے ہیں جس کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبیں ایک فوٹو کیتھوڈ پر مشتمل ہوتی ہیں جو روشن ہونے پر الیکٹرانوں کا اخراج کرتی ہیں، پھر الیکٹرانوں کو ڈائنوڈز کی زنجیر کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے۔ فوٹو ٹیوبز ایک فوٹو کیتھوڈ پر مشتمل ہوتے ہیں جو روشن ہونے پر الیکٹرانوں کا اخراج کرتے ہیں، اس طرح کہ ٹیوب روشنی کی شدت کے متناسب کرنٹ چلاتی ہے۔ مائیکرو چینل پلیٹ ڈٹیکٹر الیکٹرانوں کو ضرب دینے کے طریقہ کار کے طور پر سوراخ دار شیشے کے سبسٹریٹ کا استعمال کرتے ہیں۔ انہیں اوپر بیان کردہ فوٹو ملٹی پلیئر کی طرح فوٹو کیتھوڈ کے ساتھ مل کر استعمال کیا جا سکتا ہے، ڈائنوڈ اسٹیج کے طور پر کام کرنے والے سوراخ دار شیشے کے سبسٹریٹ کے ساتھ سیمی کنڈکٹر ایکٹو پکسل سینسر (اے پی ایس) امیج سینسر ہیں۔ عام طور پر ایک تکمیلی میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (سی ایم او ایس) عمل میں بنایا جاتا ہے، اور جسے سی ایم او ایس امیج سینسر بھی کہا جاتا ہے، اے پی ایس عام طور پر سیل فون کیمروں، ویب کیمروں اور کچھ ڈی ایس ایل آر میں استعمال ہوتے ہیں۔ کیڈیمیم زنک ٹیلورائڈ ریڈی ایشن ڈٹیکٹر کمرے کے درجہ حرارت پر براہ راست تبدیلی (یا فوٹو کنڈکٹو) موڈ میں کام کر سکتے ہیں، کچھ دوسرے مواد (خاص طور پر جرمینیئم) کے برعکس جن میں مائع نائٹروجن کولنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ان کے متعلقہ فوائد میں ایکس رے اور گاما رے کے لیے اعلی حساسیت، سی ڈی اور ٹی کے اعلی جوہری نمبروں کی وجہ سے، اور سنٹیلیٹر ڈٹیکٹرز کے مقابلے میں بہتر انرجی ریزولوشن شامل ہیں۔ چارج جوڑے والے آلات (سی سی ڈی) تصویری سینسر ہیں جو فلکیات، ڈیجیٹل فوٹو گرافی، اور ڈیجیٹل سنیماٹوگرافی میں تصاویر ریکارڈ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ 1990 کی دہائی سے پہلے فلکیات میں فوٹو گرافی کی پلیٹیں سب سے زیادہ عام تھیں۔ فلکیاتی آلات کی اگلی نسل، جیسے کہ آسٹرو-ای 2، میں کریوجینک ڈٹیکٹر شامل ہیں۔ HgCdTe اورکت ڈٹیکٹر۔ پتہ لگانا اس وقت ہوتا ہے جب کافی توانائی کا اورکت فوٹون کسی الیکٹران کو ویلینس بینڈ سے کنڈکشن بینڈ پر لات مارتا ہے۔ اس طرح کے الیکٹران کو ایک مناسب بیرونی ریڈ آؤٹ انٹیگریٹڈ سرکٹس (آر او آئی سی) کے ذریعے جمع کیا جاتا ہے اور برقی سگنل میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ ایل ای ڈی جو فوٹوڈیوڈس کے طور پر کام کرنے کے لیے ریورس بائیسڈ ہوتے ہیں۔ ایل ای ڈی کو فوٹوڈیوڈ لائٹ سینسر کے طور پر دیکھیں۔ فوٹوریسسٹرز یا لائٹ ڈیپینڈینٹ ریزسٹرز (ایل ڈی آر) جو روشنی کی شدت کے مطابق مزاحمت کو تبدیل کرتے ہیں۔ عام طور پر ایل ڈی آر کی مزاحمت روشنی کے گرنے کی بڑھتی ہوئی شدت کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے۔ فوٹوڈیوڈس جو فوٹو وولٹک موڈ یا فوٹو کنڈکٹو موڈ میں کام کر سکتے ہیں۔ فوٹوڈیوڈس کو اکثر کم شور والے اینالاگ الیکٹرانکس کے ساتھ ملا کر فوٹو کرنٹ کو وولٹیج میں تبدیل کیا جاتا ہے جسے ڈیجیٹائز کیا جا سکتا ہے۔ فوٹو ٹرانزسٹرز، جو فوٹوڈیوڈس کو بڑھانے کی طرح کام کرتے ہیں۔ پنڈ شدہ فوٹوڈیوڈس، کم وقفہ، کم شور، اعلی کوانٹم کارکردگی، اور کم سیاہ کرنٹ کے ساتھ ایک فوٹو ڈیٹیکٹر ڈھانچہ، جو زیادہ تر سی سی ڈی اور سی ایم او ایس امیج سینسرز میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ کوانٹم ڈاٹ فوٹو کنڈکٹر یا فوٹوڈیوڈس، جو مرئی اور اورکت سپیکٹرم علاقوں میں طول موج کو سنبھال سکتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر ڈٹیکٹر گاما اور ایکس رے سپیکٹرومیٹری میں اور پارٹیکل ڈٹیکٹر کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ سلیکن ڈرفٹ ڈٹیکٹر (ایس ڈی ڈی) ایکس رے ریڈی ایشن ڈٹیکٹر ہیں جو ایکس رے سپیکٹرومیٹری (ای ڈی ایس) اور الیکٹران مائکروسکوپی (ای ڈی ایکس) میں استعمال ہوتے ہیں۔ فوٹو وولٹک سیل یا شمسی سیل جو وولٹیج پیدا کرتے ہیں اور جب سورج کی روشنی یا بعض قسم کی روشنی ان پر چمکتی ہے تو برقی کرنٹ فراہم کرتے ہیں۔ تھرمل بولومیٹر درجہ حرارت پر منحصر برقی مزاحمت کے ساتھ کسی مواد کو گرم کرنے کے ذریعے واقع برقی مقناطیسی تابکاری کی طاقت کی پیمائش کرتے ہیں۔ مائیکرو بولومیٹر ایک مخصوص قسم کا بولومیٹر ہے جو تھرمل کیمرے میں ڈٹیکٹر کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ کریوجینک ڈٹیکٹر واحد ایکس رے، مرئی اور اورکت فوٹون کی توانائی کی پیمائش کے لیے کافی حساس ہوتے ہیں۔ پائرو الیکٹرک ڈٹیکٹرز فوٹونوں کا پتہ ان کے پیدا کردہ حرارت اور پائرو الیکٹرک مواد میں پیدا ہونے والے وولٹیج کے ذریعے لگاتے ہیں۔ تھرموپائل گرمی کے ذریعے برقی مقناطیسی تابکاری کا پتہ لگاتے ہیں، پھر تھرموکپل میں وولٹیج پیدا کرتے ہیں۔ گولے خلیے گیس سے بھرے چیمبر میں پیدا ہونے والی گرمی سے فوٹونوں کا پتہ لگاتے ہیں، جس کی وجہ سے گیس پھیلتی ہے اور ایک لچکدار جھلی کو خراب کرتی ہے جس کا انحراف ماپا جاتا ہے۔ ریٹنا میں فوٹو کیمیکل فوٹو ریسیپٹر خلیات روشنی کا پتہ لگاتے ہیں، مثال کے طور پر، ایک روڈوپسن فوٹون سے چلنے والے کیمیائی جھرن کے ذریعے۔ کیمیائی ڈٹیکٹر، جیسے فوٹو گرافی کی پلیٹیں، جس میں سلور ہالائڈ انو دھاتی چاندی کے ایٹم اور ہیلوجن ایٹم میں تقسیم ہوتا ہے۔ فوٹو گرافی کا ڈویلپر ملحقہ مالیکیولز کو اسی طرح تقسیم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ پولرائزیشن فوٹو ریفریکٹیو اثر ہولوگرافک ڈیٹا اسٹوریج میں استعمال ہوتا ہے۔ پولرائزیشن حساس فوٹو ڈیٹیکٹر مطلوبہ لکیری پولرائزیشن کے فوٹونوں کا پتہ لگانے کے لیے آپٹیکل طور پر انیسوٹروپک مواد کا استعمال کرتے ہیں۔ گرافین/سلکان فوٹو ڈیٹیکٹرز ایک گرافین/این قسم کے سلکان ہیٹروجنکشن کا مظاہرہ کیا گیا ہے جو مضبوط اصلاحاتی رویے اور اعلی فوٹو ریسپانسیویٹی کا مظاہرہ کرتا ہے۔ گرافین کو بلک سی کے اوپر سلکان کوانٹم ڈاٹس (سی کیو ڈیز) کے ساتھ جوڑا جاتا ہے تاکہ ہائبرڈ فوٹو ڈیٹیکٹر بنایا جا سکے۔ سی کیو ڈیز فوٹو ڈیٹیکٹر کی نظری عکاسی کو کم کرتے ہوئے گرافین/سی شاٹکی جنکشن کی بلٹ ان صلاحیت میں اضافے کا سبب بنتی ہیں۔ سی کیو ڈی کی برقی اور نظری شراکت دونوں ہی فوٹو ڈیٹیکٹر کی اعلی کارکردگی کو قابل بناتی ہیں۔ لائٹنگ کنٹرول سسٹم سینسرز کی فہرست آپٹو الیکٹرانکس فوٹو الیکٹرک سینسر فوٹوسنسیٹیویٹی ریڈ آؤٹ انٹیگریٹڈ سرکٹ گونج-کیویٹی-بہتر فوٹو ڈیٹیکٹر فوٹو ڈیٹیکشن حوالہ جات بیرونی لنکس