Fotodiyot Nedir? (Bölüm 1)

fotodiyotışığı akıma çeviren yarı iletken bir cihazdır ve p (pozitif) ve n (negatif) katmanları arasında içsel bir katman vardır. Bir fotodiyot, bir elektrik akımı üretmek için bir girdi olarak ışık enerjisi alır. Fotodiyotlar ayrıca fotodedektörler, fotoelektrik sensörler veya ışık dedektörleri olarak da bilinir.

Fotodiyot ters polarma koşulları altında çalışır, yani fotodiyotun P-tarafı pilin (veya güç kaynağının) negatif elektroduna ve N-tarafı pilin pozitif elektroduna bağlanır. Tipik fotodiyot malzemeleri silikon, germanyum, indiyum galyum arsenit fosfit ve indiyum galyum arsenittir.

İçeride, fotodiyotun bir ışık filtresi, dahili lensi ve yüzey alanı vardır. Fotodiyotun yüzey alanı arttığında tepki süresi kısalır. Çok az sayıda fotodiyot, ışık yayan diyotlara (LED'ler) benzer. Aşağıda gösterildiği gibi iki terminali vardır. Daha küçük terminal katot, daha uzun terminal ise anot görevi görür.

Fotodiyotun sembolü LED'in sembolüne benzer, ancak ok LED'de dışarıyı değil içeriyi gösterir. Aşağıdaki görüntü fotodiyotun sembolünü göstermektedir.

1. Fotodiyot prensibi

Fotodiyotlar, enerjik bir foton diyota çarptığında bir çift elektron deliği oluşturarak çalışır. Bu mekanizma dahili fotoelektrik etki olarak da bilinir. Tükenme bölgesi kavşağında soğurma meydana gelirse, tükenme bölgesindeki iç elektrik alan tarafından taşıyıcılar birleşme noktasından uzaklaştırılır.

Genellikle, ışık PN bağlantısını aydınlattığında, kovalent bağ iyonize olur. Bu delikler ve elektron çiftleri oluşturur. Fotoakım, elektron-boşluk çiftlerinin oluşumu nedeniyle üretilir. 1.1eV'den daha büyük enerjilere sahip fotonlar diyota çarptığında, elektron deliği çiftleri oluşur. Foton diyotun tükenme bölgesine girdiğinde yüksek enerji ile atoma çarpar. Bu, atomik yapıdan elektronların salınmasıyla sonuçlanır. Elektronlar serbest bırakıldığında, serbest elektronlar ve boşluklar oluşur.

Genel olarak, elektronlar negatif bir yüke sahiptir ve delikler pozitif bir yüke sahiptir. Tükenmiş enerji yerleşik bir elektrik alanına sahip olacaktır. Bu elektrik alan nedeniyle, elektron-boşluk çifti PN bağlantısından çok uzaktadır. Böylece delikler anoda doğru hareket eder ve elektronlar bir fotoakım üretmek için katoda doğru hareket eder.

Foton absorpsiyon yoğunluğu ve foton enerjisi birbiriyle orantılıdır. Fotoğrafın sahip olduğu enerji ne kadar azsa, o kadar fazla soğurur. Tüm bu sürece dahili fotoelektrik etki denir.

İçsel uyarma ve dışsal uyarma, iki foton uyarma yöntemidir. Değerlik bandındaki elektronlar, fotonlar tarafından iletim bandına uyarıldığında içsel uyarım süreci gerçekleşir.

2. Fotodiyotun çalışma devresi

Fotodiyotlar temel olarak üç farklı modda çalışır:

(1)Fotovoltaik mod

(2)Fotoiletken mod

(3) Çığ diyot modu

(1)Fotovoltaik mod

Bu mod aynı zamanda sıfır önyargı modu olarak da adlandırılır. Bu mod, fotodiyotlar düşük frekanslı uygulamalarda ve süper enerji seviyeli ışık uygulamalarında çalışırken tercih edilir. Flaş fotodiyota çarptığında bir voltaj oluşturur. Ortaya çıkan gerilim çok küçük bir dinamik aralığa sahip olacak ve doğrusal olmayan özelliklere sahip olacaktır. Fotodiyot bu modda OP-AMP ile yapılandırıldığında, sıcaklıktaki değişim çok küçük olacaktır.

(2)Fotoiletken mod

Bu modda, fotodiyot ters polarma koşulları altında çalışacaktır. Katot pozitif ve anot negatiftir. Ters voltaj arttıkça, tükenme tabakasının genişliği de artar. Sonuç olarak, yanıt süresi ve bağlantı kapasitansı azalacaktır. Aksine, bu çalışma modu hızlıdır ve elektronik gürültü üretir.

(3) Çığ diyot modu

Çığ diyotları, çığ kırılmasının foto elektrik tarafından üretilen her bir elektron deliği çiftiyle çoğalmasına izin veren yüksek ters öngerilim koşulları altında çalışır. Sonuç, cihazın yanıtını yavaş yavaş artıran fotodiyotun dahili kazancıdır.

(4) Fotodiyot devresi

Fotodiyotun devre şeması aşağıda gösterilmiştir. Devre 10k direnç ve fotodiyot ile kurulabilir. Fotodiyot ışığı fark ettiğinde, içinden bir miktar akımın geçmesine izin verir. Diyottan sağlanan akımın toplamı, diyottan gözlenen ışığın toplamı ile orantılı olabilir.

3. Fotodiyodu harici devreye bağlayın

Fotodiyot ters kutuplu bir devrede çalışır. Anot devre toprağına, katot ise devrenin pozitif besleme voltajına bağlanır. Işıkla aydınlatıldığında, katottan anoda bir elektrik akımı akar.

Fotodiyotlar harici bir devre ile kullanıldığında, devredeki bir güç kaynağına bağlanırlar. Fotodiyot tarafından üretilen akım çok küçük olacaktır. Bu akım değeri elektronik cihazı çalıştırmak için yeterli değildir. Bu nedenle harici bir güç kaynağına bağlandıklarında devreye daha fazla akım sağlarlar. Böylece pil bir güç kaynağı olarak kullanılır. Pil kaynağı, harici cihazların daha iyi performans göstermesine katkıda bulunarak mevcut değeri artırmaya yardımcı olur.

4. Fotodiyot üretim süreci

fotodiyot malzemesi

Bir fotodiyotun malzemesi, özelliklerinin çoğunu belirler. Anahtar özellik, fotodiyotun tepki verdiği ışık dalgası ve diğeri, her ikisi de büyük ölçüde fotodiyotta kullanılan malzemeye bağlı olan gürültü seviyesidir.

Dalga boylarına farklı tepkiler, farklı malzemelerin kullanılması nedeniyle ortaya çıkar, çünkü yalnızca malzemenin bant aralığındaki elektronları uyarmak için yeterli enerjiye sahip fotonlar, fotodiyottan akım üretmek için önemli enerji üretir.

Malzemenin dalga boyu duyarlılığı çok önemli olmakla birlikte, fotodiyotun performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilecek bir başka parametre de üretilen gürültü seviyesidir.

Daha büyük bant boşlukları nedeniyle silikon fotodiyotlar, germanyum fotodiyotlardan daha az gürültü üretir. Bununla birlikte, gerekli fotodiyotun dalga boyunun da dikkate alınmasına ihtiyaç vardır ve yaklaşık 1000 nm'den daha uzun dalga boyları için germanyum fotodiyotları kullanılmalıdır.

Daha fazlasını öğrenmek için Bölüm 2'ye gidin.

İletişim bilgileri:

Herhangi bir fikriniz varsa, bizimle konuşmaktan çekinmeyin. Müşterilerimiz nerede olursa olsun ve gereksinimlerimiz ne olursa olsun, müşterilerimize yüksek kalite, düşük fiyatlar ve en iyi hizmeti sunma hedefimizi takip edeceğiz.