फोटोडायोड क्या है?

फोटोडायोड क्या है?

फोटोडायोड की परिभाषा

फोटोडायोड एक PN जंक्शन डायोड होता है जो प्रकाश से संपर्क में आने पर धारा उत्पन्न करता है। यह जंक्शन P-प्रकार और N-प्रकार के अर्धचालक सामग्रियों को संयोजित करके बनाया जाता है। P-प्रकार की सामग्री में अतिरिक्त धनात्मक आवेश वाहक (होल) होते हैं, जबकि N-प्रकार की सामग्री में अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन) होते हैं। जब ये सामग्रियाँ मिलती हैं, तो N-प्रकार के क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन P-प्रकार के क्षेत्र में चले जाते हैं, होल्स के साथ पुनर्योजित होते हैं और एक दुष्प्रसव क्षेत्र बनाते हैं। यह क्षेत्र आगे के आवेश वाहक विसरण के लिए एक बाधा के रूप में कार्य करता है।

फोटोडायोड में दो टर्मिनल, एनोड और कैथोड होते हैं, जो क्रमशः P-प्रकार और N-प्रकार के क्षेत्रों से जुड़े होते हैं। एनोड आमतौर पर डिवाइस पैकेज पर एक टैब या डॉट द्वारा चिह्नित किया जाता है। फोटोडायोड का प्रतीक नीचे दिखाया गया है, जिसमें दो तीर जंक्शन की ओर इंगित करते हैं, जो इस बात को दर्शाते हैं कि यह प्रकाश से संवेदनशील है।

कार्य सिद्धांत

जब फोटोडायोड को बाहरी सर्किट के साथ विपरीत झुकाव में जोड़ा जाता है, तो एनोड से कैथोड तक एक छोटी विपरीत धारा बहती है। इस धारा, जिसे अंधेरे धारा के रूप में जाना जाता है, अर्धचालक में अल्पसंख्यक आवेश वाहकों के तापीय उत्पादन से परिणाम होता है। अंधेरे धारा लगाए गए विपरीत वोल्टेज पर निर्भर नहीं करता, लेकिन तापमान और डोपिंग स्तर पर निर्भर करता है।

जब पर्याप्त ऊर्जा वाला प्रकाश फोटोडायोड पर प्रहार करता है, तो यह अर्धचालक सामग्री में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करता है। इस प्रक्रिया को आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी कहा जाता है। यदि प्रकाश का अवशोषण या निकटवर्ती दुष्प्रसव क्षेत्र में होता है, तो ये आवेश वाहक जंक्शन पर विद्युत क्षेत्र द्वारा स्वीप किए जाते हैं, जिससे फोटो धारा उत्पन्न होती है जो अंधेरे धारा में जुड़ जाती है। इस प्रकार, होल्स एनोड की ओर और इलेक्ट्रॉन कैथोड की ओर चलते हैं, और विपरीत धारा प्रकाश की तीव्रता के साथ बढ़ती है।

फोटो धारा एक विशिष्ट तरंगदैर्घ्य और तापमान के लिए प्रकाश तीव्रता के समानुपाती होती है। यदि प्रकाश तीव्रता बहुत अधिक हो, तो फोटो धारा एक अधिकतम मान, जिसे संतृप्त धारा कहा जाता है, तक पहुंच जाती है, जिसके बाद यह और नहीं बढ़ती। यह संतृप्त धारा उपकरण की ज्यामिति और सामग्री के गुणों पर निर्भर करती है।

फोटोडायोड दो मोडों में कार्य कर सकता है: फोटोवोल्टेज मोड और फोटोकंडक्टिव मोड।

फोटोवोल्टेज मोड

फोटोवोल्टेज मोड में, फोटोडायोड पर कोई बाहरी विपरीत वोल्टेज लगाया नहीं जाता, जिससे यह प्रकाश से शक्ति उत्पन्न करने वाले सोलर सेल की तरह कार्य करता है। फोटो धारा टर्मिनलों से जुड़े एक छोटे सर्किट या लोड इम्पीडेंस के माध्यम से बहती है। यदि सर्किट खुला है या उच्च इम्पीडेंस का है, तो उपकरण पर एक वोल्टेज बनता है, जो इसे फोरवर्ड-बायस करता है। यह वोल्टेज, जिसे खुले सर्किट वोल्टेज कहा जाता है, प्रकाश तीव्रता और तरंगदैर्घ्य पर निर्भर करता है।

फोटोवोल्टेज मोड फोटोवोल्टेज प्रभाव का लाभ उठाता है, जिसका उपयोग सूर्य के प्रकाश से सौर ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। हालांकि, इस मोड में कुछ नुकसान होते हैं, जैसे कम प्रतिक्रिया गति, उच्च श्रृंखला प्रतिरोध, और कम संवेदनशीलता।

फोटोकंडक्टिव मोड

फोटोकंडक्टिव मोड में, फोटोडायोड पर बाहरी विपरीत वोल्टेज लगाया जाता है, और यह प्रकाश तीव्रता के साथ अपना प्रतिरोध बदलने वाला एक चर प्रतिरोध की तरह कार्य करता है। फोटो धारा एक बाहरी सर्किट के माध्यम से बहती है, जो एक बायस वोल्टेज प्रदान करता है और आउटपुट धारा या वोल्टेज मापता है।

फोटोकंडक्टिव मोड में फोटोवोल्टेज मोड की तुलना में कुछ फायदे होते हैं, जैसे उच्च प्रतिक्रिया गति, कम श्रृंखला प्रतिरोध, उच्च संवेदनशीलता, और व्यापक डायनेमिक रेंज। हालांकि, इस मोड में कुछ दोष भी होते हैं, जैसे उच्च शोर स्तर, उच्च शक्ति उपभोग, और कम रेखीयता।

फोटोडायोड की विशेषताएं

फोटोडायोड की विशेषताएं विभिन्न प्रकाश तीव्रता, तरंगदैर्घ्य, तापमान, बायस वोल्टेज आदि की स्थितियों के तहत इसके प्रदर्शन का वर्णन करती हैं। इन विशेषताओं में कुछ हैं:

फोटोडायोड के अनुप्रयोग

• ऑप्टिकल संचार

• ऑप्टिकल मापन

• ऑप्टिकल इमेजिंग

• ऑप्टिकल स्विचिंग

• सौर ऊर्जा उत्पादन

निष्कर्ष

फोटोडायोड एक अर्धचालक उपकरण है जो प्रकाश को विद्युत धारा में परिवर्तित करता है। यह आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर कार्य करता है, जो फोटॉन जब PN जंक्शन डायोड पर प्रहार करते हैं, तो इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करते हैं। फोटोडायोड विपरीत झुकाव की स्थितियों में कार्य करता है और इसके दो मोड होते हैं: फोटोवोल्टेज मोड और फोटोकंडक्टिव मोड। फोटोडायोड की विभिन्न विशेषताएं होती हैं, जैसे प्रतिक्रिया, क्वांटम दक्षता, स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया, अंधेरे धारा, अंधेरे प्रतिरोध, शोर, रेखीयता, और प्रतिक्रिया समय।

फोटोडायोड के ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल मापन, ऑप्टिकल इमेजिंग, ऑप्टिकल स्विचिंग, और सौर ऊर्जा उत्पादन में अनेक अनुप्रयोग हैं। फोटोडायोड का उपयोग प्रकाश किरणों के अवरोधन का पता लगाकर अलार्म सर्किट और काउंटर सर्किट बनाने के लिए किया जा सकता है। फोटोडायोड एक विविध और उपयोगी उपकरण है जो प्रकाश को संवेदन कर सकता है और इसे विद्युत में परिवर्तित कर सकता है।