فوٹوڈیوڈس: ڈیوائس، خصوصیات اور آپریشن کے اصول
سب سے آسان فوٹوڈیوڈ ایک روایتی سیمی کنڈکٹر ڈائیوڈ ہے جو p - n جنکشن پر آپٹیکل ریڈی ایشن کو متاثر کرنے کی صلاحیت فراہم کرتا ہے۔
توازن کی حالت میں، جب تابکاری کا بہاؤ مکمل طور پر غائب ہوتا ہے، کیرئیر کا ارتکاز، ممکنہ تقسیم اور فوٹوڈیوڈ کا انرجی بینڈ ڈایاگرام مکمل طور پر معمول کے pn ڈھانچے سے مطابقت رکھتا ہے۔
جب p-n-جنکشن کے ہوائی جہاز کے سیدھے سمت میں تابکاری کا سامنا کرنا پڑتا ہے، بینڈ کی چوڑائی سے زیادہ توانائی کے ساتھ فوٹون کے جذب کے نتیجے میں، n-علاقے میں الیکٹران ہول کے جوڑے ظاہر ہوتے ہیں۔ یہ الیکٹران اور سوراخ فوٹو کیرئیر کہلاتے ہیں۔
n-علاقے میں گہرائی میں فوٹو کیرئیر کے پھیلاؤ کے دوران، الیکٹرانوں اور سوراخوں کے اہم حصے کے پاس دوبارہ جوڑنے کا وقت نہیں ہوتا ہے اور وہ p-n جنکشن باؤنڈری تک پہنچ جاتا ہے۔ یہاں، فوٹو کیریئرز کو p — n جنکشن کے الیکٹرک فیلڈ سے الگ کیا جاتا ہے اور سوراخ p ریجن میں داخل ہوتے ہیں، اور الیکٹران منتقلی کے میدان پر قابو نہیں پا سکتے اور p — n جنکشن اور n خطے کی حد میں جمع نہیں ہو سکتے۔
اس طرح، p - n جنکشن کے ذریعے کرنٹ اقلیتی کیریئرز - سوراخوں کے بڑھنے کی وجہ سے ہے۔ فوٹو کیرئیر کے بڑھے ہوئے کرنٹ کو فوٹو کرنٹ کہتے ہیں۔
فوٹوڈیوڈس دو طریقوں میں سے ایک میں کام کر سکتے ہیں — برقی توانائی کے بیرونی ذریعہ کے بغیر (فوٹو جنریٹر موڈ) یا برقی توانائی کے بیرونی ذریعہ (فوٹو کنورٹر موڈ) کے ساتھ۔
فوٹو جنریٹر موڈ میں کام کرنے والے فوٹوڈیوڈس کو اکثر پاور ذرائع کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے جو شمسی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔ انہیں سولر سیل کہا جاتا ہے اور یہ خلائی جہاز میں استعمال ہونے والے سولر پینلز کا حصہ ہیں۔
سلیکون سولر سیلز کی کارکردگی تقریباً 20 فیصد ہے، جبکہ فلم سولر سیلز کے لیے یہ بہت زیادہ اہم ہو سکتا ہے۔ شمسی خلیوں کے اہم تکنیکی پیرامیٹرز ان کی پیداواری طاقت کا بڑے پیمانے پر اور شمسی سیل کے زیر قبضہ علاقے کا تناسب ہیں۔ یہ پیرامیٹرز بالترتیب 200 W/kg اور 1 kW/m2 کی قدروں تک پہنچتے ہیں۔
جب فوٹوڈیوڈ فوٹو کنورژن موڈ میں کام کرتا ہے، تو پاور سپلائی E بلاکنگ سمت میں سرکٹ سے منسلک ہوتی ہے (تصویر 1، اے)۔ فوٹوڈیوڈ کی خصوصیت I — V کی الٹی شاخیں روشنی کی مختلف سطحوں پر استعمال ہوتی ہیں (تصویر 1، b)۔
چاول۔ 1. فوٹو ڈیوڈ کو فوٹو کنورژن موڈ میں سوئچ کرنے کی اسکیم: a — سوئچنگ سرکٹ، b — I — V فوٹوڈیوڈ کی خصوصیت
لوڈ ریزسٹر Rn میں کرنٹ اور وولٹیج کا تعین فوٹوڈیوڈ کی کرنٹ وولٹیج کی خصوصیت کے انٹرسیکشن پوائنٹس اور ریزسٹر Rn کی مزاحمت کے مطابق لوڈ لائن سے کیا جا سکتا ہے۔ روشنی کی غیر موجودگی میں، فوٹوڈیوڈ روایتی ڈائیوڈ کے موڈ میں کام کرتا ہے۔ جرمینیئم فوٹوڈیوڈس کے لیے تاریک کرنٹ 10 - 30 μA ہے، سلکان فوٹوڈیوڈس کے لیے 1 - 3 μA ہے۔
اگر چارج کیریئرز کے برفانی تودے کے ضرب کے ساتھ الٹ جانے والی برقی خرابی کو فوٹوڈیوڈس میں استعمال کیا جاتا ہے، جیسا کہ سیمی کنڈکٹر زینر ڈائیوڈس میں، تو فوٹو کرنٹ، اور اس وجہ سے حساسیت، بہت بڑھ جائے گی۔
برفانی تودے کے فوٹوڈیوڈس کی حساسیت روایتی فوٹوڈیوڈس سے زیادہ شدت کے کئی آرڈرز ہو سکتی ہے (جرمنیئم کے لیے — 200 — 300 بار، سلیکون — 104 — 106 بار)۔
Avalanche photodiodes تیز رفتار فوٹو وولٹک ڈیوائسز ہیں جن کی فریکوئنسی رینج 10 GHz تک ہے۔ برفانی تودہ فوٹوڈیوڈس کا نقصان روایتی فوٹوڈیوڈس کے مقابلے میں زیادہ شور کی سطح ہے۔
چاول۔ 2. فوٹو ریزسٹر کا سرکٹ ڈایاگرام
فوٹوڈیوڈس کے علاوہ، فوٹو ریزسٹرس (شکل 2)، فوٹوٹرانسٹرس اور فوٹوتھائریسٹر استعمال کیے جاتے ہیں، جو اندرونی فوٹو الیکٹرک اثر کا استعمال کرتے ہیں۔ ان کی خصوصیت کا نقصان ان کی اعلی جڑتا ہے (آپریٹنگ فریکوئنسی fgr <10 - 16 kHz کو محدود کرنا)، جو ان کے استعمال کو محدود کرتا ہے۔
فوٹوٹرانزسٹر کا ڈیزائن روایتی ٹرانزسٹر کی طرح ہے جس کے کیس میں ایک کھڑکی ہوتی ہے جس کے ذریعے بیس کو روشن کیا جا سکتا ہے۔ UGO فوٹوٹرانزسٹر — ایک ٹرانجسٹر جس کی طرف دو تیر ہوتے ہیں۔
ایل ای ڈی اور فوٹوڈیوڈ اکثر جوڑوں میں استعمال ہوتے ہیں۔اس صورت میں، وہ ایک ہاؤسنگ میں رکھے جاتے ہیں تاکہ فوٹوڈیوڈ کا فوٹو حساس علاقہ ایل ای ڈی کے خارج ہونے والے علاقے کے سامنے واقع ہو. ایل ای ڈی فوٹوڈیوڈس کے جوڑے استعمال کرنے والے سیمی کنڈکٹر آلات کہلاتے ہیں۔ optocouplers (تصویر 3)۔
چاول۔ 3. آپٹوکوپلر: 1 — ایل ای ڈی، 2 — فوٹوڈیوڈ
اس طرح کے آلات میں ان پٹ اور آؤٹ پٹ سرکٹس کسی بھی طرح سے برقی طور پر منسلک نہیں ہوتے ہیں، کیونکہ سگنل آپٹیکل ریڈی ایشن کے ذریعے منتقل ہوتا ہے۔
Potapov L.A.