ஃபோட்டோடியோட்கள்: சாதனம், பண்புகள் மற்றும் செயல்பாட்டின் கொள்கைகள்
எளிமையான ஃபோட்டோடியோட் என்பது ஒரு வழக்கமான குறைக்கடத்தி டையோடு ஆகும், இது p — n சந்திப்பில் ஆப்டிகல் கதிர்வீச்சை பாதிக்கும் திறனை வழங்குகிறது.
சமநிலை நிலையில், கதிர்வீச்சு ஃப்ளக்ஸ் முற்றிலும் இல்லாதபோது, ஃபோட்டோடியோட்டின் கேரியர் செறிவு, சாத்தியமான விநியோகம் மற்றும் ஆற்றல் பட்டை வரைபடம் ஆகியவை வழக்கமான pn கட்டமைப்பிற்கு முழுமையாக ஒத்திருக்கும்.
பி-என்-சந்தியின் விமானத்திற்கு செங்குத்தாக ஒரு திசையில் கதிர்வீச்சு வெளிப்படும் போது, பேண்ட் அகலத்தை விட அதிக ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான்களை உறிஞ்சுவதன் விளைவாக, எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் n-மண்டலத்தில் தோன்றும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் ஒளிச்சேர்க்கைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.
n-பிராந்தியத்தில் ஆழமான ஒளிச்சேர்க்கை பரவலின் போது, எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளின் முக்கிய பகுதியானது மீண்டும் இணைக்க நேரம் இல்லை மற்றும் p-n சந்திப்பு எல்லையை அடைகிறது. இங்கே, ஃபோட்டோகேரியர்கள் p — n சந்தி மற்றும் துளைகள் p மண்டலத்தின் மின்சார புலத்தால் பிரிக்கப்படுகின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் மாறுதல் புலத்தை கடக்க முடியாது மற்றும் p — n சந்திப்பு மற்றும் n பகுதியின் எல்லையில் குவிக்க முடியாது.
இவ்வாறு, p — n சந்திப்பு வழியாக மின்னோட்டம் சிறுபான்மை கேரியர்களின் சறுக்கல் காரணமாக உள்ளது - துளைகள். ஃபோட்டோகேரியர்களின் சறுக்கல் மின்னோட்டம் ஒளிமின்னழுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.
ஃபோட்டோடியோட்கள் இரண்டு முறைகளில் ஒன்றில் செயல்பட முடியும் - மின் ஆற்றலின் வெளிப்புற ஆதாரம் இல்லாமல் (ஃபோட்டோஜெனரேட்டர் பயன்முறை) அல்லது வெளிப்புற மின் ஆற்றலுடன் (ஃபோட்டோகான்வெர்ட்டர் பயன்முறை).
ஃபோட்டோஜெனரேட்டர் பயன்முறையில் செயல்படும் ஃபோட்டோடியோட்கள் பெரும்பாலும் சூரிய ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் சக்தி ஆதாரங்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை சோலார் செல்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன மற்றும் விண்கலங்களில் பயன்படுத்தப்படும் சோலார் பேனல்களின் ஒரு பகுதியாகும்.
சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களின் செயல்திறன் சுமார் 20% ஆகும், அதே சமயம் ஃபிலிம் சோலார் செல்களுக்கு இது மிகவும் முக்கியமானதாக இருக்கும். சூரிய மின்கலங்களின் முக்கியமான தொழில்நுட்ப அளவுருக்கள் அவற்றின் வெளியீட்டு சக்தியின் வெகுஜனத்திற்கும் சூரிய மின்கலத்தால் ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட பகுதிக்கும் ஆகும். இந்த அளவுருக்கள் முறையே 200 W / kg மற்றும் 1 kW / m2 மதிப்புகளை அடைகின்றன.
photodiode photoconversion முறையில் செயல்படும் போது, மின்வழங்கல் E தடுக்கும் திசையில் சுற்றுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது (படம் 1, a). ஃபோட்டோடியோடின் I - V பண்புகளின் தலைகீழ் கிளைகள் வெவ்வேறு அளவிலான வெளிச்சத்தில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன (படம் 1, ஆ).
அரிசி. 1. ஃபோட்டோகன்வர்ஷன் பயன்முறையில் ஃபோட்டோடியோடை மாற்றும் திட்டம்: a — ஸ்விட்ச் சர்க்யூட், b — I — V ஃபோட்டோடியோட்டின் சிறப்பியல்பு
சுமை மின்தடை Rn இல் உள்ள மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தம், ஃபோட்டோடியோட்டின் தற்போதைய மின்னழுத்த பண்புகளின் குறுக்குவெட்டு புள்ளிகள் மற்றும் மின்தடையம் Rn இன் எதிர்ப்புடன் தொடர்புடைய சுமை வரி ஆகியவற்றிலிருந்து வரைபடமாக தீர்மானிக்கப்படலாம். வெளிச்சம் இல்லாத நிலையில், ஃபோட்டோடியோட் வழக்கமான டையோடு முறையில் செயல்படுகிறது. ஜெர்மானியம் ஃபோட்டோடியோட்களுக்கான இருண்ட மின்னோட்டம் 10 - 30 μA, சிலிக்கான் ஃபோட்டோடியோட்களுக்கு 1 - 3 μA ஆகும்.
செமிகண்டக்டர் ஜீனர் டையோட்களில் இருப்பது போல, சார்ஜ் கேரியர்களின் பனிச்சரிவு பெருக்கத்துடன் கூடிய மீளக்கூடிய மின் முறிவு ஃபோட்டோடியோட்களில் பயன்படுத்தப்பட்டால், ஒளி மின்னோட்டம் மற்றும் அதனால் உணர்திறன் பெரிதும் அதிகரிக்கும்.
பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடியோட்களின் உணர்திறன் வழக்கமான ஃபோட்டோடியோட்களை விட பல ஆர்டர்கள் அதிகமாக இருக்கலாம் (ஜெர்மானியத்திற்கு - 200 - 300 மடங்கு, சிலிக்கானுக்கு - 104 - 106 மடங்கு).
Avalanche photodiodes என்பது 10 GHz வரையிலான அதிர்வெண் வரம்பைக் கொண்ட அதிவேக ஒளிமின்னழுத்த சாதனங்கள் ஆகும். பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடியோட்களின் குறைபாடு வழக்கமான ஃபோட்டோடியோட்களுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக இரைச்சல் நிலை ஆகும்.
அரிசி. 2. ஃபோட்டோரெசிஸ்டரின் சுற்று வரைபடம் (a), UGO (b), ஆற்றல் (c) மற்றும் மின்னழுத்தம் பண்புகள் (d)
ஃபோட்டோடியோட்களுக்கு கூடுதலாக, ஃபோட்டோரெசிஸ்டர்கள் (படம் 2), ஃபோட்டோட்ரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் ஃபோட்டோதைரிஸ்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவை உள் ஒளிமின்னழுத்த விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றன. அவற்றின் சிறப்பியல்பு குறைபாடு அவற்றின் உயர் மந்தநிலை (இயக்க அதிர்வெண் fgr <10 — 16 kHz) ஆகும், இது அவற்றின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
ஃபோட்டோட்ரான்சிஸ்டரின் வடிவமைப்பு ஒரு வழக்கமான டிரான்சிஸ்டரைப் போன்றது, இது ஒரு சாளரத்தைக் கொண்டுள்ளது, இதன் மூலம் அடித்தளத்தை ஒளிரச் செய்யலாம். யுஜிஓ ஃபோட்டோட்ரான்சிஸ்டர் — இரண்டு அம்புகளைக் கொண்ட டிரான்சிஸ்டர்.
LED மற்றும் photodiodes பெரும்பாலும் ஜோடிகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.இந்த வழக்கில், அவை ஒரு வீட்டில் வைக்கப்படுகின்றன, இதனால் ஃபோட்டோடியோட்டின் ஒளிச்சேர்க்கை பகுதி LED இன் உமிழும் பகுதிக்கு எதிரே அமைந்துள்ளது. LED-ஃபோட்டோடியோட்களின் ஜோடிகளைப் பயன்படுத்தும் குறைக்கடத்தி சாதனங்கள் அழைக்கப்படுகின்றன ஆப்டோகூப்ளர்கள் (படம் 3).
அரிசி. 3. Optocoupler: 1 - LED, 2 - photodiode
அத்தகைய சாதனங்களில் உள்ளீடு மற்றும் வெளியீடு சுற்றுகள் எந்த வகையிலும் மின்சாரம் இணைக்கப்படவில்லை, ஏனெனில் சிக்னல் ஆப்டிகல் கதிர்வீச்சு மூலம் பரவுகிறது.
பொட்டாபோவ் எல்.ஏ.