ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ಗಳು: ಸಾಧನ, ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ತತ್ವಗಳು
ಸರಳವಾದ ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಒಂದು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಅರೆವಾಹಕ ಡಯೋಡ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು p — n ಜಂಕ್ಷನ್ನಲ್ಲಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿಕಿರಣದ ಮೇಲೆ ಪ್ರಭಾವ ಬೀರುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.
ಸಮತೋಲನ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ವಿಕಿರಣದ ಹರಿವು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಇಲ್ಲದಿರುವಾಗ, ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ನ ವಾಹಕ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿತರಣೆ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ಸಾಮಾನ್ಯ pn ರಚನೆಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುತ್ತದೆ.
p-n- ಜಂಕ್ಷನ್ನ ಸಮತಲಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣಕ್ಕೆ ಒಡ್ಡಿಕೊಂಡಾಗ, ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಗಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಫೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳು n- ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಫೋಟೋಕ್ಯಾರಿಯರ್ಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
n-ಪ್ರದೇಶದ ಆಳವಾದ ಫೋಟೊಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಪ್ರಸರಣ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಮುಖ್ಯ ಭಾಗವು ಮರುಸಂಯೋಜಿಸಲು ಸಮಯವನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು p-n ಜಂಕ್ಷನ್ ಗಡಿಯನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ, ಫೋಟೊಕ್ಯಾರಿಯರ್ಗಳನ್ನು p - n ಜಂಕ್ಷನ್ನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು p ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಹಾದು ಹೋಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪರಿವರ್ತನೆ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಜಯಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ ಮತ್ತು p - n ಜಂಕ್ಷನ್ ಮತ್ತು n ಪ್ರದೇಶದ ಗಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹಗೊಳ್ಳುವುದಿಲ್ಲ.
ಹೀಗಾಗಿ, p — n ಜಂಕ್ಷನ್ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಾಹವು ಅಲ್ಪಸಂಖ್ಯಾತ ವಾಹಕಗಳ ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ಕಾರಣ - ರಂಧ್ರಗಳು. ಫೋಟೊಕ್ಯಾರಿಯರ್ಗಳ ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಫೋಟೋ ಕರೆಂಟ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳು ಎರಡು ವಿಧಾನಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದರಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು - ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಬಾಹ್ಯ ಮೂಲವಿಲ್ಲದೆ (ಫೋಟೋಜೆನರೇಟರ್ ಮೋಡ್) ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಬಾಹ್ಯ ಮೂಲದೊಂದಿಗೆ (ಫೋಟೋಕಾನ್ವರ್ಟರ್ ಮೋಡ್).
ಫೋಟೊಜೆನರೇಟರ್ ಮೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳನ್ನು ಸೌರ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಮೂಲಗಳಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ಸೌರ ಕೋಶಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ನೌಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಸೌರ ಫಲಕಗಳ ಭಾಗವಾಗಿದೆ.
ಸಿಲಿಕಾನ್ ಸೌರ ಕೋಶಗಳ ದಕ್ಷತೆಯು ಸುಮಾರು 20% ಆಗಿದೆ, ಆದರೆ ಫಿಲ್ಮ್ ಸೌರ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ. ಸೌರ ಕೋಶಗಳ ಪ್ರಮುಖ ತಾಂತ್ರಿಕ ನಿಯತಾಂಕಗಳು ಅವುಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಶಕ್ತಿಯ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಮತ್ತು ಸೌರ ಕೋಶದಿಂದ ಆಕ್ರಮಿಸಿಕೊಂಡಿರುವ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತವಾಗಿದೆ. ಈ ನಿಯತಾಂಕಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ 200 W / kg ಮತ್ತು 1 kW / m2 ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ತಲುಪುತ್ತವೆ.
ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಫೋಟೊಕಾನ್ವರ್ಷನ್ ಮೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಿದಾಗ, ವಿದ್ಯುತ್ ಸರಬರಾಜು ಇ ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗೆ ಸಂಪರ್ಕ ಹೊಂದಿದೆ (Fig. 1, a). ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ನ I - V ಗುಣಲಕ್ಷಣದ ಹಿಮ್ಮುಖ ಶಾಖೆಗಳನ್ನು ಪ್ರಕಾಶಮಾನದ ವಿವಿಧ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ (Fig. 1, b).
ಅಕ್ಕಿ. 1. ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಫೋಟೊಕಾನ್ವರ್ಶನ್ ಮೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಬದಲಾಯಿಸುವ ಯೋಜನೆ: a — ಸ್ವಿಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್, b — I — V ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ನ ಗುಣಲಕ್ಷಣ
ಲೋಡ್ ರೆಸಿಸ್ಟರ್ Rn ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರಸ್ತುತ ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ನ ಪ್ರಸ್ತುತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣದ ಛೇದನದ ಬಿಂದುಗಳಿಂದ ಚಿತ್ರಾತ್ಮಕವಾಗಿ ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿರೋಧಕ Rn ನ ಪ್ರತಿರೋಧಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾದ ಲೋಡ್ ಲೈನ್. ಪ್ರಕಾಶದ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಡಯೋಡ್ನ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳಿಗೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ 10 - 30 μA, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳಿಗೆ 1 - 3 μA.
ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಝೀನರ್ ಡಯೋಡ್ಗಳಂತೆ ಫೋಟೋಡಯೋಡ್ಗಳಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್ಗಳ ಅವಲಾಂಚ್ ಗುಣಾಕಾರದೊಂದಿಗೆ ರಿವರ್ಸಿಬಲ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಗಿತವನ್ನು ಬಳಸಿದರೆ, ನಂತರ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
ಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿರಬಹುದು (ಜರ್ಮೇನಿಯಂಗೆ - 200 - 300 ಬಾರಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ಗೆ - 104 - 106 ಬಾರಿ).
ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳು 10 GHz ವರೆಗಿನ ಆವರ್ತನ ಶ್ರೇಣಿಯೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳ ಅನನುಕೂಲವೆಂದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಬ್ದ ಮಟ್ಟ.
ಅಕ್ಕಿ. 2. ಫೋಟೊರೆಸಿಸ್ಟರ್ನ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ (ಎ), ಯುಜಿಒ (ಬಿ), ಶಕ್ತಿ (ಸಿ) ಮತ್ತು ಫೋಟೊರೆಸಿಸ್ಟರ್ನ ಪ್ರಸ್ತುತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು (ಡಿ)
ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ಗಳ ಜೊತೆಗೆ, ಫೋಟೊರೆಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು (ಚಿತ್ರ 2), ಫೋಟೊಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಫೋಟೊಥೈರಿಸ್ಟರ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಆಂತರಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಅವುಗಳ ವಿಶಿಷ್ಟ ಅನನುಕೂಲವೆಂದರೆ ಅವುಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಜಡತ್ವ (ಆಪರೇಟಿಂಗ್ ಫ್ರೀಕ್ವೆನ್ಸಿ fgr <10 — 16 kHz ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವುದು), ಇದು ಅವುಗಳ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
ಫೋಟೊಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ನ ವಿನ್ಯಾಸವು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗೆ ಹೋಲುತ್ತದೆ, ಅದು ಬೇಸ್ ಅನ್ನು ಬೆಳಗಿಸಬಹುದಾದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ವಿಂಡೋವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. UGO ಫೋಟೋಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ - ಎರಡು ಬಾಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್.
ಎಲ್ಇಡಿಗಳು ಮತ್ತು ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಜೋಡಿಯಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅವುಗಳನ್ನು ಒಂದು ವಸತಿಗೃಹದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಇದರಿಂದ ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ನ ಫೋಟೋಸೆನ್ಸಿಟಿವ್ ಪ್ರದೇಶವು ಎಲ್ಇಡಿ ಹೊರಸೂಸುವ ಪ್ರದೇಶದ ಎದುರು ಇದೆ. ಎಲ್ಇಡಿ-ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್ಗಳ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಆಪ್ಟೋಕಪ್ಲರ್ಗಳು (ಚಿತ್ರ 3).
ಅಕ್ಕಿ. 3. ಆಪ್ಟೋಕಪ್ಲರ್: 1 - ಎಲ್ಇಡಿ, 2 - ಫೋಟೋಡಿಯೋಡ್
ಅಂತಹ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿನ ಇನ್ಪುಟ್ ಮತ್ತು ಔಟ್ಪುಟ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ಗಳು ಯಾವುದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಪರ್ಕ ಹೊಂದಿಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ಸಿಗ್ನಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ವಿಕಿರಣದಿಂದ ಹರಡುತ್ತದೆ.
ಪೊಟಾಪೋವ್ ಎಲ್.ಎ.