ফটোডিওডস: ডিভাইস, বৈশিষ্ট্য এবং অপারেশন নীতি
সহজতম ফটোডিওড হল একটি প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর ডায়োড যা p — n জংশনে অপটিক্যাল বিকিরণকে প্রভাবিত করার ক্ষমতা প্রদান করে।
ভারসাম্যের অবস্থায়, যখন বিকিরণ প্রবাহ সম্পূর্ণরূপে অনুপস্থিত থাকে, তখন বাহকের ঘনত্ব, সম্ভাব্য বন্টন এবং ফোটোডিওডের শক্তি ব্যান্ড চিত্র স্বাভাবিক pn কাঠামোর সাথে সম্পূর্ণভাবে মিলে যায়।
p-n-জাংশনের সমতলে লম্বভাবে বিকিরণের সংস্পর্শে এলে, ব্যান্ড প্রস্থের চেয়ে বেশি শক্তিযুক্ত ফোটন শোষণের ফলে, n-অঞ্চলে ইলেকট্রন-হোল জোড়া দেখা যায়। এই ইলেক্ট্রন এবং গর্তগুলিকে ফটোক্যারিয়ার বলা হয়।
n-অঞ্চলের গভীরে ফোটোক্যারিয়ার প্রসারণের সময়, ইলেকট্রন এবং গর্তের প্রধান ভগ্নাংশের পুনঃসংযোজন করার সময় থাকে না এবং p-n জংশন সীমানায় পৌঁছে যায়। এখানে, ফটোক্যারিয়ারগুলি p — n জংশনের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা পৃথক করা হয় এবং গর্তগুলি p অঞ্চলে চলে যায় এবং ইলেকট্রনগুলি স্থানান্তর ক্ষেত্রটি অতিক্রম করতে পারে না এবং p — n জংশন এবং n অঞ্চলের সীমানায় জমা হতে পারে না।
এইভাবে, p — n জংশনের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয় সংখ্যালঘু বাহক — গর্তের প্রবাহের কারণে। ফটোক্যারিয়ারের ড্রিফট কারেন্টকে বলা হয় ফটোকারেন্ট।
ফটোডিওড দুটি মোডের একটিতে কাজ করতে পারে — বৈদ্যুতিক শক্তির বাহ্যিক উত্স ছাড়া (ফটোজেনারেটর মোড) বা বৈদ্যুতিক শক্তির বাহ্যিক উত্স (ফটোকনভার্টার মোড) ছাড়া।
ফটোজেনারেটর মোডে কাজ করা ফটোডিওডগুলি প্রায়শই পাওয়ার উত্স হিসাবে ব্যবহৃত হয় যা সৌর শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করে। এগুলিকে সৌর কোষ বলা হয় এবং মহাকাশযানে ব্যবহৃত সৌর প্যানেলের অংশ।
সিলিকন সৌর কোষের কার্যকারিতা প্রায় 20%, যখন ফিল্ম সৌর কোষের জন্য এটি অনেক বেশি গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে। সৌর কোষের গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত পরামিতিগুলি হল তাদের আউটপুট শক্তির ভর এবং সৌর কোষ দ্বারা দখলকৃত এলাকার অনুপাত। এই পরামিতিগুলি যথাক্রমে 200 W / kg এবং 1 kW / m2 এর মানগুলিতে পৌঁছায়।
যখন ফটোডিওড ফটোকনভারশন মোডে কাজ করে, তখন পাওয়ার সাপ্লাই E ব্লকিং দিক (চিত্র 1, ক) সার্কিটের সাথে সংযুক্ত থাকে। ফটোডিওডের I — V বৈশিষ্ট্যের বিপরীত শাখাগুলি আলোকসজ্জার বিভিন্ন স্তরে ব্যবহৃত হয় (চিত্র 1, খ)।
ভাত। 1. ফটোকনভারশন মোডে ফটোডিওড চালু করার স্কিম: a — সুইচিং সার্কিট, b — I — V ফটোডিওডের বৈশিষ্ট্য
লোড রেজিস্টর Rn-এর কারেন্ট এবং ভোল্টেজ ফটোডিওডের কারেন্ট-ভোল্টেজ বৈশিষ্ট্যের ছেদ বিন্দু এবং রোধ Rn-এর প্রতিরোধের সাথে সম্পর্কিত লোড লাইন থেকে গ্রাফিকভাবে নির্ধারণ করা যেতে পারে। আলোকসজ্জার অনুপস্থিতিতে, ফটোডিওড একটি প্রচলিত ডায়োডের মোডে কাজ করে। জার্মেনিয়াম ফটোডায়োডের জন্য অন্ধকার প্রবাহ হল 10 — 30 μA, সিলিকন ফটোডায়োডের জন্য 1 — 3 μA।
অর্ধপরিবাহী জেনার ডায়োডের মতো ফটোডিওডে যদি চার্জ বাহকের তুষারপাতের সাথে একটি বিপরীতমুখী বৈদ্যুতিক ভাঙ্গন ব্যবহার করা হয়, তাহলে ফটোকারেন্ট এবং তাই সংবেদনশীলতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পাবে।
তুষারপাত ফটোডিওডের সংবেদনশীলতা প্রচলিত ফটোডায়োডের চেয়ে অনেক বেশি মাত্রার হতে পারে (জার্মেনিয়ামের জন্য — 200 — 300 বার, সিলিকনের জন্য — 104 — 106 বার)।
Avalanche photodiodes হল উচ্চ-গতির ফটোভোলটাইক ডিভাইস যার ফ্রিকোয়েন্সি 10 GHz পর্যন্ত। তুষারপাত ফটোডিওডের অসুবিধা হল প্রচলিত ফটোডিওডের তুলনায় উচ্চ শব্দের মাত্রা।
ভাত। 2. ফটোরেসিস্টরের সার্কিট ডায়াগ্রাম (a), UGO (b), শক্তি (c) এবং কারেন্ট-ভোল্টেজ বৈশিষ্ট্য (d)
ফটোডিওড ছাড়াও, ফটোরেসিস্টর (চিত্র 2), ফটোট্রান্সিস্টর এবং ফটোথাইরিস্টর ব্যবহার করা হয়, যা অভ্যন্তরীণ ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাব ব্যবহার করে। তাদের বৈশিষ্ট্যগত অসুবিধা হল তাদের উচ্চ জড়তা (সীমিত অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি fgr <10 — 16 kHz), যা তাদের ব্যবহার সীমিত করে।
ফটোট্রানজিস্টরের নকশাটি একটি প্রচলিত ট্রানজিস্টরের মতো যার ক্ষেত্রে একটি উইন্ডো রয়েছে যার মাধ্যমে ভিত্তিটি আলোকিত হতে পারে। UGO ফটোট্রান্সিস্টর - একটি ট্রানজিস্টর যেখানে দুটি তীর নির্দেশ করে।
LEDs এবং photodiodes প্রায়ই জোড়া ব্যবহার করা হয়.এই ক্ষেত্রে, এগুলি একটি আবাসনে স্থাপন করা হয় যাতে ফটোডিওডের আলোক সংবেদনশীল এলাকাটি এলইডি নির্গত এলাকার বিপরীতে অবস্থিত। LED-photodiodes জোড়া ব্যবহার করে সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস বলা হয় অপটোকপলার (চিত্র 3)।
ভাত। 3. অপটোকপলার: 1 — LED, 2 — ফটোডিওড
এই জাতীয় ডিভাইসের ইনপুট এবং আউটপুট সার্কিটগুলি কোনওভাবেই বৈদ্যুতিকভাবে সংযুক্ত নয়, যেহেতু সংকেতটি অপটিক্যাল বিকিরণ দ্বারা প্রেরণ করা হয়।
Potapov L.A.