ఫోటోడియోడ్లు: పరికరం, లక్షణాలు మరియు ఆపరేషన్ సూత్రాలు
సరళమైన ఫోటోడియోడ్ అనేది సంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ డయోడ్, ఇది p — n జంక్షన్పై ఆప్టికల్ రేడియేషన్ను ప్రభావితం చేసే సామర్థ్యాన్ని అందిస్తుంది.
సమతౌల్య స్థితిలో, రేడియేషన్ ఫ్లక్స్ పూర్తిగా లేనప్పుడు, ఫోటోడియోడ్ యొక్క క్యారియర్ ఏకాగ్రత, సంభావ్య పంపిణీ మరియు శక్తి బ్యాండ్ రేఖాచిత్రం పూర్తిగా సాధారణ pn నిర్మాణానికి అనుగుణంగా ఉంటాయి.
బ్యాండ్ వెడల్పు కంటే ఎక్కువ శక్తితో ఫోటాన్ల శోషణ ఫలితంగా p-n-జంక్షన్ యొక్క సమతలానికి లంబంగా ఉన్న దిశలో రేడియేషన్కు గురైనప్పుడు, n-ప్రాంతంలో ఎలక్ట్రాన్-రంధ్రాల జంటలు కనిపిస్తాయి. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలను ఫోటోకారియర్లు అంటారు.
n-ప్రాంతంలోకి ఫోటోకారియర్ వ్యాప్తి సమయంలో, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల యొక్క ప్రధాన భాగం తిరిగి కలపడానికి సమయం ఉండదు మరియు p-n జంక్షన్ సరిహద్దుకు చేరుకుంటుంది. ఇక్కడ, ఫోటోకారియర్లు p — n జంక్షన్ యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా వేరు చేయబడతాయి మరియు రంధ్రాలు p ప్రాంతంలోకి వెళతాయి మరియు ఎలక్ట్రాన్లు పరివర్తన క్షేత్రాన్ని అధిగమించలేవు మరియు p — n జంక్షన్ మరియు n ప్రాంతం యొక్క సరిహద్దు వద్ద పేరుకుపోతాయి.
అందువల్ల, p — n జంక్షన్ ద్వారా కరెంట్ మైనారిటీ క్యారియర్ల డ్రిఫ్ట్ కారణంగా ఉంటుంది - రంధ్రాలు. ఫోటోకారియర్ల డ్రిఫ్ట్ కరెంట్ని ఫోటోకరెంట్ అంటారు.
ఫోటోడియోడ్లు రెండు మోడ్లలో ఒకదానిలో పనిచేయగలవు - బాహ్య విద్యుత్ శక్తి (ఫోటోజెనరేటర్ మోడ్) లేకుండా లేదా విద్యుత్ శక్తి యొక్క బాహ్య మూలం (ఫోటోకాన్వర్టర్ మోడ్)తో.
ఫోటోజెనరేటర్ మోడ్లో పనిచేసే ఫోటోడియోడ్లు తరచుగా సౌర శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే శక్తి వనరులుగా ఉపయోగించబడతాయి. వాటిని సౌర ఘటాలు అని పిలుస్తారు మరియు అంతరిక్ష నౌకలో ఉపయోగించే సౌర ఫలకాలలో భాగం.
సిలికాన్ సౌర ఘటాల సామర్థ్యం దాదాపు 20% ఉంటుంది, అయితే ఫిల్మ్ సౌర ఘటాలకు ఇది చాలా ముఖ్యమైనది. సౌర ఘటాల యొక్క ముఖ్యమైన సాంకేతిక పారామితులు వాటి అవుట్పుట్ శక్తి ద్రవ్యరాశికి మరియు సౌర ఘటం ఆక్రమించిన ప్రాంతానికి నిష్పత్తి. ఈ పారామితులు వరుసగా 200 W / kg మరియు 1 kW / m2 విలువలను చేరుకుంటాయి.
ఫోటోడియోడ్ ఫోటోకన్వర్షన్ మోడ్లో పనిచేస్తున్నప్పుడు, విద్యుత్ సరఫరా E నిరోధించే దిశలో సర్క్యూట్కు కనెక్ట్ చేయబడింది (Fig. 1, a). ఫోటోడియోడ్ యొక్క I - V లక్షణం యొక్క రివర్స్ శాఖలు ప్రకాశం యొక్క వివిధ స్థాయిలలో ఉపయోగించబడతాయి (Fig. 1, b).
అన్నం. 1. ఫోటోకన్వర్షన్ మోడ్లో ఫోటోడియోడ్ను ఆన్ చేసే పథకం: a — స్విచింగ్ సర్క్యూట్, b — I — V ఫోటోడియోడ్ లక్షణం
లోడ్ రెసిస్టర్ Rnలో ప్రస్తుత మరియు వోల్టేజ్ ఫోటోడియోడ్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం యొక్క ఖండన పాయింట్లు మరియు రెసిస్టర్ Rn యొక్క ప్రతిఘటనకు సంబంధించిన లోడ్ లైన్ నుండి గ్రాఫికల్గా నిర్ణయించబడుతుంది. ప్రకాశం లేనప్పుడు, ఫోటోడియోడ్ సంప్రదాయ డయోడ్ మోడ్లో పనిచేస్తుంది. జెర్మేనియం ఫోటోడియోడ్లకు డార్క్ కరెంట్ 10 - 30 μA, సిలికాన్ ఫోటోడియోడ్ల కోసం 1 - 3 μA.
సెమీకండక్టర్ జెనర్ డయోడ్లలో వలె ఫోటోడియోడ్లలో చార్జ్ క్యారియర్ల అవలాంచ్ గుణకారంతో కూడిన రివర్సిబుల్ ఎలక్ట్రికల్ బ్రేక్డౌన్ను ఉపయోగించినట్లయితే, అప్పుడు ఫోటోకరెంట్ మరియు అందువల్ల సున్నితత్వం బాగా పెరుగుతుంది.
అవలాంచ్ ఫోటోడియోడ్ల యొక్క సున్నితత్వం సాంప్రదాయ ఫోటోడియోడ్ల కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది (జెర్మేనియం కోసం - 200 - 300 సార్లు, సిలికాన్ కోసం - 104 - 106 సార్లు).
అవలాంచె ఫోటోడియోడ్లు 10 GHz వరకు ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిని కలిగి ఉండే హై-స్పీడ్ ఫోటోవోల్టాయిక్ పరికరాలు. సాంప్రదాయ ఫోటోడియోడ్లతో పోలిస్తే హిమపాతం ఫోటోడియోడ్ల యొక్క ప్రతికూలత అధిక శబ్ద స్థాయి.
అన్నం. 2. ఫోటోరేసిస్టర్ యొక్క సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం (a), UGO (b), శక్తి (c) మరియు ఫోటోరేసిస్టర్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాలు (d)
ఫోటోడియోడ్లతో పాటు, ఫోటోరేసిస్టర్లు (మూర్తి 2), ఫోటోట్రాన్సిస్టర్లు మరియు ఫోటోథైరిస్టర్లు ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి అంతర్గత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఉపయోగిస్తాయి. వాటి లక్షణ ప్రతికూలత వాటి అధిక జడత్వం (ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ fgr <10 — 16 kHz పరిమితం చేయడం), ఇది వాటి వినియోగాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.
ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ యొక్క రూపకల్పన సంప్రదాయ ట్రాన్సిస్టర్ను పోలి ఉంటుంది, ఇది బేస్ ప్రకాశించే సందర్భంలో విండోను కలిగి ఉంటుంది. UGO ఫోటోట్రాన్సిస్టర్ — రెండు బాణాలతో కూడిన ట్రాన్సిస్టర్.
LED లు మరియు ఫోటోడియోడ్లు తరచుగా జంటగా ఉపయోగించబడతాయి.ఈ సందర్భంలో, అవి ఒకే గృహంలో ఉంచబడతాయి, తద్వారా ఫోటోడియోడ్ యొక్క ఫోటోసెన్సిటివ్ ప్రాంతం LED యొక్క ఉద్గార ప్రాంతానికి ఎదురుగా ఉంటుంది. LED-ఫోటోడియోడ్ల జతలను ఉపయోగించి సెమీకండక్టర్ పరికరాలు అంటారు ఆప్టోకప్లర్లు (Fig. 3).
అన్నం. 3. ఆప్టోకప్లర్: 1 - LED, 2 - ఫోటోడియోడ్
అటువంటి పరికరాలలో ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ సర్క్యూట్లు ఏ విధంగానూ విద్యుత్తుగా కనెక్ట్ చేయబడవు, ఎందుకంటే సిగ్నల్ ఆప్టికల్ రేడియేషన్ ద్వారా ప్రసారం చేయబడుతుంది.
పొటాపోవ్ L.A.