FOTODİYOT ve PIN (ÇIĞ ) FOTODİYOT NEDİR ? 

Fotodiyot nedir ? PIN Fotodiyot nedir ? Ters doyma akımı nedir ? Fotodiyot nasıl çalışır ? Fotodiyot karakteristiği nedir ? Bu ve benzeri sorulara cevap aradığımız Fotodiyot ve PIN Fotodiyot Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Diyotlarla ilgili seriye devam ediyoruz.

Başlayalım.

FOTODİYOT & PIN FOTODİYOT

Bir fotodiyot, elektrik akımı üretmek için ışık enerjisini tüketen bir PN-eklemli diyottur.Bazen foto dedektör, ışık detektörü ve foto sensörü olarak da adlandırılır.Bu diyotlar özellikle ters yönde çalışacak şekilde tasarlanmıştır, bu, fotodiyodun P-tarafının pilin negatif terminali ile ilişkili olduğu ve n-tarafının pilin artı terminaline bağlandığı anlamına gelir.

Bu diyot ışığa karşı çok komplex bir yapıya sahiptir ki böylece ışık diyot üzerine düştüğünde ışığı kolayca elektrik akımına dönüştürür.Güneş pili aynı zamanda güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürdüğü için geniş alanlı fotodiyod olarak da adlandırılmaktadır. Yine de, güneş pili sadece parlak ışıkta çalışır.

Fotodiyot, ters yönlü modda çalışan bir çeşit diyottur.Bu diyotta ters doyma akımı, üzerindeki ışık ışığının artmasıyla artar.İlk olarak ters doyma akımı nedir , buna bir bakalım;

Ters Doyma Akımı Nedir?

Atomlar arasındaki kovalent bağlar yarı iletken bir kristal oluşturur.Termal enerjinin etkisine bağlı olarak oda sıcaklığında (mutlak sıfır sıcaklığın üzerinde olduğu için), bu tür kovalent bağların belir bir sayıdaki bağları kırılır ve kristalde elektron boşluğu çiftleri oluşturur.Oda sıcaklığında termal uyarım, yarı iletkende elektron boşluğu çiftleri oluşturmanın nedenlerinden biridir.

Yarı iletkenlerde serbest elektronlar ve boşluklar üretmenin bir başka nedeni, kristalden çıkarılamayan safsızlıkların varlığıdır.Pratik olarak % 100 saf yarı iletken  yapamayız.

Kristalde bulunan diğer safsızlıklar ile birlikte her zaman bir pentavalent ve üç değerlikli safsızlıklar olacaktır.Üç değerlikteki safsızlıklar boşluklara ve pentavalan safsızlıkların kristalde serbest elektronlara neden olmasına neden olur.

Bu yüzden, herhangi bir yarı iletken kristalde her zaman bazı boşlukların yanı sıra serbest elektronların olacağını gördük.Bu nedenle, doğal olarak, her zaman p-tipi yarı iletkende, n-tipi yarı iletken ve serbest elektronlarda boşluklar olacaktır.

Bir diyotta, n-tipi tarafta, orta derecede bir boşluk olacak ve p-tipi tarafta, orta derecede serbest elektron olacaktır.N-tipi taraftaki boşlukları ve azınlık taşıyıcıları olarak p-tipi taraftaki serbest elektronları ifade ediyoruz.Diyot ters yönlü durumda olduğunda, elektrik alanı serbest elektronları p-tarafı n-tarafından iter ve boşluklar n-tarafı p-tarafına itmektedir.

Birleşme boyunca ters bariyer potansiyeli, polaritesi nedeniyle bu akışı durduramaz.Bu nedenle, diyot boyunca ters yönlü gerilim sağladığımız sürece n-tarafından p-tarafına mevcut azınlık taşıyıcıların akması nedeniyle her zaman bir akım olacaktır.Bu akımı ters doygunluk akımı olarak adlandırıyoruz.

Fotodiyot Çalışma Prensibi

Şimdi diyebiliriz ki, diyottaki azınlık taşıyıcıların sayısını artırabilirsek, ters doyma akımı da artar. Sıradan bir diyodu ısıttığımızda, ters doyma akımı, diyot içindeki termal olarak üretilen elektron boşluğu çiftlerinin sayısından dolayı artar.Fotodiyotta, birleşmede hafif enerji uygulayarak azınlık taşıyıcıların sayısını arttırıyoruz.

Fotodiyotta, daha yüksek ters doyma akımı yaratmak için ışığın birleşme yerinde düşmesi gerekir.Işık yarı iletken üzerinde birleşme bölgesine düşerse, oluşan elektron-boşluk çiftleri de rekombinasyon nedeniyle yok olurlar.Işık birleşme bölgesine düşer ve birleşme bölgesi yakınında ters doyma akımını arttırır.

Işık fotonları enerjilerini elektronlara aktarır, çünkü kristaldeki bazı valans elektronları iletim bandına atlar ve karşılık gelen delikler ve serbest elektronlar oluşturur.

Fotodiyot yapımı

Fotodiyotlar metalik bir pakette mevcuttur.Diyot, yalıtılmış bir plastik alt tabakaya monte edilmiş bir p-n bağlantı noktasıdır.Sonra plastik alt tabakayı metal kasada kapatıyoruz.

Metal kasanın üstünde, PN birleşimine kadar ışığın tamamen dolmasını sağlayan şeffaf bir pencere vardır.Diyotun iki ucu, anodu ve katodu metal kasanın altından çıkar.Metal kasanın alt kısmının yanından uzanan bir çıkıntı katod ucunu tanımlar.

Bir fotodiyotun sembolü ,ışık bilgisini sembolize etmek için iki tane aşağı doğru eğimli ok haricinde sıradan bir diyot gibidir.

Fotodiyot Karakteristiği

Oda sıcaklığında, diyot ters yönlü durumda olduğu sürece, diyot boyunca akan ters doyma akımı olacaktır.Termik olarak üretilen elektron boşluğu çiftleri bu ters akıma katkıda bulunur, ışık enerjisi ile herhangi bir ilişkisi yoktur.

Bu akım, ters yönlü fotodiyotu mutlak karanlıkta yerleştirdiğimizde diyodun içinde bile ortaya çıkar.Bu ters akımın değerini Karanlık Akım olarak adlandırıyoruz.Bu akım için fotodiyodun direnci

Formül = Rd  = Uygulanan Geri Bias Voltajı / Karanlık Akımı

Bu direnci de Karanlık Direniş olarak adlandırıyoruz.Oda sıcaklığında, Karanlık Akım sabittir ama oldukça küçüktür.

Işık diyot ışığına uygulandığında, ters akım artar.Bu ilişki doğrusaldır.Ters akımın değeri, gelen ışık enerjisinin yoğunluğu ile doğru orantılıdır.

Işık yoğunluğunu artırmaya devam edersek, belirli bir ters akım değerinden sonra ,  ışık yoğunluğunun artmasıyla akım daha da artmayacaktır.Biz fotodiyodun doyma akımına , bu maksimum akım ters akımı diyoruz.

Fotodiyot Çeşitleri

Piyasada çok sayıda fotodiyot bulunmasına rağmen, bunların hepsi aynı temel prensipler üzerinde çalışmaktadır, ancak bazıları diğer etkilerle iyileştirilmiştir.Farklı fotodiyot tiplerinin çalışması biraz farklı bir şekilde çalışır, ancak bu diyotların temel çalışması aynı kalır.Fotodiyotların tipleri konstrüksiyonuna göre sınıflandırılabilir ve aşağıdaki gibi çalışır.

PN Fotodiyot

Schottky Foto Diod

PIN Fotodiyot

Çığ fotodiyot

Fotodiyot uygulamaları

Fotodiyodun birçok uygulaması var.Bu kısa içerikte fotodiyotun genel özelliklerini ifade etmeye çalıştık.Burada fotodiyodun sadece iki yaygın uygulamasını inceleyelim.

Görünür ve görünmez ışık ışınlarının hem algılanması için kullanılır.

Fotodiyotlar kodlama ve demodülasyon amaçlı iletişim sistemi için kullanılır.

Hızlı anahtarlama ve yüksek hızlı çalışma gerektiren dijital ve mantık devreleri için de kullanılır.

Bu diyotlar ayrıca karakter tanıma teknikleri ve IR uzaktan kumanda devrelerinde kullanılırlar.

Fotodiyotlar, optik fiber iletişim sisteminde yaygın olarak kullanılan önemli optoelektronik cihazlardan biri olarak kabul edilir.

Fotodiyot Kullanarak Alarm Devresi

Burada, bir ışık kaynağı kurarız, ışık daima bir fotodiyotun üzerine düşer.Işığın fotodiyot üzerine çarpması durumunda, diyot zaten alarm devresinde ters yönlü olarak bağlandığından, diyot boyunca bir ters akım olacaktır.

Işık kaynağında bir tıkanıklık meydana gelirse, fotodiyodun ters akımı karanlık akım seviyesine iner.Devre ters akımı azaldığında, bir alarm zili çalmaya başlayacaktır.İnsanların girişini ayarlamak için bu düzenlemeyi kapıya taşıyabiliriz.

Bu düzenlemede, ışık demeti kapıyı bir taraftan diğerine geçirir.Fotodiyotu ışık kaynağının karşısına yerleştiririz.Herhangi bir kişi kapıdan içeri girdiğinde, ışık huzmesi kırılır ve alarm çalar.

Fotodiyot Kullanarak Sayaç Devresi

Öğelerin sayısı bir taşıyıcı banttan geçtiğinde, bunlar fotodiyod kullanılarak kolayca sayılabilir.Burada, konveyör bandının bir tarafında bir ışık kaynağı ve kayışın karşı tarafında bir fotodiyot bağlarız.Işık kaynağı ve fotodiyot, ışık doğrudan fotodiyodun içine gelecek şekilde yerleştirilmiştir.

Işık fotodiyot üzerine düştüğünde, devrede geri kazanım akımı olacaktır.Fotodiyotu bir karşı devre ile bağlarız. Işık ışını kırılır, sayaç bir artış alır.Bir öğe ışık huzmesini geçtiğinde, ışık huzmesini kırar ve sayaç maddeyi sayar.

PIN Fotodiyot | Çığ fotodiyot

PIN fotodiyot bir çeşit foto dedektördür, optik sinyalleri elektrik sinyallerine dönüştürebilir.

Bu teknoloji 1950’lerin sonlarında icat edildi.Bu tip bir diyotta üç bölge vardır.P-bölgesi,  iç bölge ve bir de n-bölgesi vardır.P-bölgesi ve n-bölgesi,genel p-n diyotların p-bölgesinden ve n-bölgesinden nispeten ağır biçimde katkılıdır.

İç bölgenin genişliği, normal bir p-n bağlantısının uzay yükü genişliğinden daha büyük olmalıdır.PIN foto diyotu, uygulanmış bir ters bias gerilimi ile çalışır ve ters biye uygulandığında, uzay yükü bölgesi, iç bölgeyi tamamen kapsamalıdır.

Elektron boşluğu çiftleri, uzay yük bölgesinde foton emilimi ile üretilir Fotodiyodun frekans cevabının değişim hızı, dayanım süresi ile ters orantılıdır.

Anahtarlama hızı, küçük bir azınlık taşıyıcı ömrü ile artırılabilir.Yanıt hızının önemli olduğu fotoğraf dedektörü uygulamaları için, tükenme bölgesi genişliği, küçük azınlık taşıyıcı ömrü boyunca mümkün olduğunca geniş yapılmalı, bunun sonucunda da anahtar hızı da artacaktır.

Bu, iç bölgenin yerleştirilme alanı boşluk genişliğinin daha geniş olması gibi PIN fotodiyodu elde edilebilir.Normal bir PIN fotodiyodunun şeması resimde verilmiştir.

Çığ Tipi Fotodiyot

Çığ fotodiyotu, çığ diyotunun geliştirilmesinde araştırma çalışmalarına öncülük eden elektrik sinyallerine, sinyalleri dönüştürebilen bir çeşit fotoğraf detektörüdür.

Çığ fotodiyot yapısal konfigürasyonu PIN fotodiyoduna çok benzer.PIN fotodiyot üç bölgeden oluşur.

P-bölgesi,

İç bölge

n-bölgesi.

Aralarındaki fark, uygulanan ters biasının, darbe iyonizasyonuna neden olmak için çok büyük olmasıdır.Sc materyali olarak silikon için, bir diyot 100 ila 200 volt arasına ihtiyaç duyacaktır.

İlk olarak elektron deliği çiftleri, tükenme bölgesinde foton emilimi ile üretilir Bunlar, darbe iyonizasyonu yoluyla daha fazla elektron deliği çiftleri üretir.Bunlar hızla tükenme bölgesinden dışarı atılır, yani geçiş süresi çok daha azdır.

FOTODİYOT ve PIN FOTODİYOT NEDİR SONUÇ :

Bugün Fotodiyot ve PIN Fotodiyot Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Artık diyotlarla ilgili daha fazla içeriğe ve bilgiye sahibiz.Diğer yazılarımızla birlikte umuyorum faydalı bir seri oluşturmuş olacağız.

İyi Çalışmalar