एक फोटोडायोड क्या है? (भाग ---- पहला)

फोटोडायोडएक अर्धचालक उपकरण है जो प्रकाश को धारा में परिवर्तित करता है, और पी (सकारात्मक) और एन (नकारात्मक) परतों के बीच, एक आंतरिक परत होती है। एक फोटोडायोड विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए इनपुट के रूप में प्रकाश ऊर्जा प्राप्त करता है। फोटोडायोड को फोटोडिटेक्टर, फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर या लाइट डिटेक्टर के रूप में भी जाना जाता है।

फोटोडायोड रिवर्स बायस स्थितियों के तहत काम करता है, यानी, फोटोडायोड का पी-साइड बैटरी (या बिजली की आपूर्ति) के नकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है, और एन-साइड बैटरी के सकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है। विशिष्ट फोटोडायोड सामग्री सिलिकॉन, जर्मेनियम, इंडियम गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड और इंडियम गैलियम आर्सेनाइड हैं।

अंदर, फोटोडायोड में एक प्रकाश फिल्टर, अंतर्निर्मित लेंस और सतह क्षेत्र होता है। जब फोटोडायोड का सतह क्षेत्र बढ़ाया जाता है, तो प्रतिक्रिया समय कम हो जाता है। बहुत कम फोटोडायोड प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) की तरह दिखते हैं। इसके दो टर्मिनल हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है। छोटा टर्मिनल कैथोड के रूप में कार्य करता है और लंबा टर्मिनल एनोड के रूप में कार्य करता है।

फोटोडायोड का प्रतीक एलईडी के प्रतीक के समान है, लेकिन तीर एलईडी में बाहर की बजाय अंदर की ओर इंगित करता है। नीचे दी गई छवि फोटोडायोड का प्रतीक दिखाती है।

1. फोटोडायोड सिद्धांत

जब एक ऊर्जावान फोटॉन डायोड से टकराता है तो फोटोडायोड इलेक्ट्रॉन छिद्रों की एक जोड़ी बनाकर काम करते हैं। इस तंत्र को आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है। यदि अवशोषण ह्रास क्षेत्र जंक्शन में होता है, तो वाहकों को ह्रास क्षेत्र में आंतरिक विद्युत क्षेत्र द्वारा जंक्शन से हटा दिया जाता है।

आमतौर पर, जब प्रकाश पीएन जंक्शन को रोशन करता है, तो सहसंयोजक बंधन आयनित होता है। इससे छिद्र और इलेक्ट्रॉन जोड़े बनते हैं। फोटोकरंट इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्मों की उत्पत्ति के कारण उत्पन्न होता है। जब 1.1eV से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन डायोड से टकराते हैं, तो इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े बनते हैं। जब फोटॉन डायोड के क्षय क्षेत्र में प्रवेश करता है, तो यह उच्च ऊर्जा के साथ परमाणु से टकराता है। इसके परिणामस्वरूप परमाणु संरचना से इलेक्ट्रॉन मुक्त हो जाते हैं। जब इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन और छिद्र बनते हैं।

सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेश होता है और छिद्रों पर धनात्मक आवेश होता है। ख़त्म हुई ऊर्जा में एक अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र होगा। इस विद्युत क्षेत्र के कारण, इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म पीएन जंक्शन से बहुत दूर है। इस प्रकार, छेद एनोड की ओर बढ़ते हैं और इलेक्ट्रॉन एक फोटोकरंट उत्पन्न करने के लिए कैथोड की ओर बढ़ते हैं।

फोटॉन अवशोषण तीव्रता और फोटॉन ऊर्जा एक दूसरे के समानुपाती होते हैं। फोटो में जितनी कम ऊर्जा होगी, वह उतनी ही अधिक ऊर्जा अवशोषित करेगी। इस पूरी प्रक्रिया को आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है।

आंतरिक उत्तेजना और बाह्य उत्तेजना फोटॉन उत्तेजना की दो विधियाँ हैं। आंतरिक उत्तेजना प्रक्रिया तब होती है जब वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉन फोटॉन द्वारा चालन बैंड में उत्तेजित होते हैं।

2. फोटोडायोड का कार्यशील सर्किट

फोटोडायोड मुख्य रूप से तीन अलग-अलग मोड में काम करते हैं, जो हैं:

(1)फोटोवोल्टिक मोड

(2)फोटोकॉन्डक्टिव मोड

(3) हिमस्खलन डायोड मोड

(1)फोटोवोल्टिक मोड

इस मोड को शून्य बायस मोड भी कहा जाता है। यह मोड तब पसंद किया जाता है जब फोटोडायोड कम-आवृत्ति अनुप्रयोगों और सुपर-ऊर्जा स्तर के प्रकाश अनुप्रयोगों में काम कर रहे हों। जब फ्लैश फोटोडायोड से टकराता है, तो यह वोल्टेज बनाता है। परिणामी वोल्टेज में बहुत छोटी गतिशील रेंज होगी और इसमें गैर-रेखीय विशेषताएं होंगी। जब फोटोडायोड को इस मोड में ओपी-एएमपी के साथ कॉन्फ़िगर किया जाता है, तो तापमान में परिवर्तन बहुत छोटा होगा।

(2)फोटोकॉन्डक्टिव मोड

इस मोड में, फोटोडायोड रिवर्स बायस स्थितियों के तहत काम करेगा। कैथोड धनात्मक है और एनोड ऋणात्मक है। जैसे-जैसे रिवर्स वोल्टेज बढ़ता है, कमी परत की चौड़ाई भी बढ़ती है। परिणामस्वरूप, प्रतिक्रिया समय और जंक्शन कैपेसिटेंस कम हो जाएगा। इसके विपरीत, ऑपरेशन का यह तरीका तेज़ है और इलेक्ट्रॉनिक शोर उत्पन्न करता है।

(3) हिमस्खलन डायोड मोड

हिमस्खलन डायोड उच्च रिवर्स बायस स्थितियों के तहत काम करते हैं, जो फोटो बिजली द्वारा उत्पादित प्रत्येक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी में हिमस्खलन टूटने को गुणा करने की अनुमति देते हैं। परिणाम फोटोडायोड का आंतरिक लाभ है, जो धीरे-धीरे डिवाइस की प्रतिक्रिया को बढ़ाता है।

(4)फोटोडायोड सर्किट

फोटोडायोड का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है। सर्किट का निर्माण 10k अवरोधक और फोटोडायोड के साथ किया जा सकता है। एक बार जब फोटोडायोड प्रकाश को नोटिस कर लेता है, तो यह कुछ धारा को इसके माध्यम से गुजरने की अनुमति देता है। डायोड के माध्यम से आपूर्ति की गई धारा का योग डायोड के माध्यम से देखे गए प्रकाश के योग के समानुपाती हो सकता है।

3. फोटोडायोड को बाहरी सर्किट से कनेक्ट करें

फोटोडायोड एक रिवर्स-बायस्ड सर्किट में काम करता है। एनोड सर्किट ग्राउंड से जुड़ा है और कैथोड सर्किट के सकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज से जुड़ा है। प्रकाश से प्रकाशित होने पर, कैथोड से एनोड तक विद्युत धारा प्रवाहित होती है।

जब फोटोडायोड का उपयोग बाहरी सर्किट के साथ किया जाता है, तो वे सर्किट में बिजली की आपूर्ति से जुड़े होते हैं। फोटोडायोड द्वारा उत्पन्न धारा बहुत छोटी होगी। यह वर्तमान मान इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को चलाने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसलिए, जब वे बाहरी बिजली आपूर्ति से जुड़े होते हैं, तो यह सर्किट को अधिक करंट प्रदान करता है। इसलिए बैटरी का उपयोग शक्ति स्रोत के रूप में किया जाता है। बैटरी स्रोत बाहरी उपकरणों के बेहतर प्रदर्शन में योगदान करते हुए, वर्तमान मूल्य को बढ़ाने में मदद करता है।

4. फोटोडायोड निर्माण प्रक्रिया

फोटोडायोड सामग्री

एक फोटोडायोड की सामग्री इसकी कई विशेषताओं को निर्धारित करती है। मुख्य विशेषता प्रकाश की तरंग है जिस पर फोटोडायोड प्रतिक्रिया करता है, और दूसरा शोर स्तर है, जो दोनों काफी हद तक फोटोडायोड में प्रयुक्त सामग्री पर निर्भर करते हैं।

विभिन्न सामग्रियों के उपयोग के कारण तरंग दैर्ध्य के लिए अलग-अलग प्रतिक्रियाएं होती हैं क्योंकि सामग्री के बैंड गैप में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा वाले केवल फोटॉन ही फोटोडायोड से करंट उत्पन्न करने के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

जबकि सामग्री की तरंग दैर्ध्य संवेदनशीलता बहुत महत्वपूर्ण है, एक अन्य पैरामीटर जो फोटोडायोड के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है वह उत्पन्न शोर का स्तर है।

अपने बड़े बैंड गैप के कारण, सिलिकॉन फोटोडायोड जर्मेनियम फोटोडायोड की तुलना में कम शोर पैदा करते हैं। हालाँकि, आवश्यक फोटोडायोड की तरंग दैर्ध्य पर भी विचार करने की आवश्यकता है, और जर्मेनियम फोटोडायोड का उपयोग लगभग 1000 एनएम से अधिक लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए किया जाना चाहिए।

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