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-टाइप और N-टाइप अर्धचालक सामग्रियों को संयोजित करके बनाया जाता है। P-टाइप सामग्री में अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज के वाहक (होल) होते हैं, जबकि N-टाइप सामग्री में अतिरिक्त ऋणात्मक चार्ज के वाहक (इलेक्ट्रॉन) होते हैं। जब ये सामग्रियाँ मिलती हैं, तो N-टाइप क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन P-टाइप क्षेत्र में चले जाते हैं, होल्स के साथ पुनर्योजित होते हैं और एक डीप्लेशन क्षेत्र बनाते हैं। यह क्षेत्र आगे के चार्ज के वाहकों के विसर्जन के लिए एक बाधा का काम करता है।

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

कार्य सिद्धांत

जब फोटोडायोड को बाहरी सर्किट के साथ विपरीत विभव में जोड़ा जाता है, तो एनोड से कैथोड तक एक छोटी विपरीत धारा बहती है। इस धारा, जिसे अंधेरे में धारा के रूप में जाना जाता है, का उत्पादन अर्धचालक में अल्पसंख्यक चार्ज के वाहकों के तापीय उत्पादन से होता है। अंधेरे में धारा लगाए गए विपरीत विभव पर निर्भर नहीं करती है, लेकिन तापमान और डोपिंग स्तर पर निर्भर करती 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 डीप्लेशन क्षेत्र में या उसके निकट होता है, तो ये चार्ज के वाहक जंक्शन पर विद्युत क्षेत्र द्वारा स्वीप किए जाते हैं, जिससे फोटोधारा उत्पन्न होती है जो अंधेरे में धारा में जोड़ती है। इस प्रकार, होल्स एनोड की ओर चलते हैं, और इलेक्ट्रॉन कैथोड की ओर चलते हैं, और विपरीत धारा प्रकाश की तीव्रता के साथ बढ़ती है।

फोटोधारा एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य और तापमान के लिए प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होती है। यदि प्रकाश की तीव्रता बहुत अधिक हो, तो फोटोधारा एक अधिकतम मान, जिसे संतृप्त धारा कहा जाता है, तक पहुंच जाती है, जिसके बाद यह और बढ़ना बंद हो जाता है। यह संतृप्त धारा डिवाइस के ज्यामिति और सामग्री के गुणों पर निर्भर करती है।

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

फोटोवोल्टेजिक मोड

फोटोवोल्टेजिक मोड में, फोटोडायोड पर कोई बाहरी विपरीत विभव लगाया नहीं जाता है, जिससे यह प्रकाश से शक्ति उत्पन्न करने वाला एक सौर सेल की तरह कार्य करता है। फोटोधारा टर्मिनलों से जुड़े एक शॉर्ट सर्किट या लोड इम्पीडेंस के माध्यम से बहती है। यदि सर्किट खुला हो या उच्च इम्पीडेंस हो, तो डिवाइस पर एक वोल्टेज बनता है, जो इसे फॉरवर्ड-बायसिड करता है। यह वोल्टेज, जिसे ओपन-सर्किट वोल्टेज कहा जाता है, प्रकाश की तीव्रता और तरंगदैर्ध्य पर निर्भर करता है।

फोटोवोल्टेजिक मोड फोटोवोल्टेजिक प्रभाव का उपयोग करता है, जो सूर्य के प्रकाश से सौर ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, इस मोड में कुछ दोष होते हैं, जैसे कि निम्न प्रतिक्रिया गति, उच्च श्रृंखला प्रतिरोध, और निम्न संवेदनशीलता।

फोटोकंडक्टिव मोड

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

फोटोकंडक्टिव मोड में फोटोवोल्टेजिक मोड की तुलना में कुछ फायदे होते हैं, जैसे कि उच्च प्रतिक्रिया गति, निम्न श्रृंखला प्रतिरोध, उच्च संवेदनशीलता, और व्यापक गतिशील परिसर। हालांकि, इस मोड में कुछ दोष भी होते हैं, जैसे कि उच्च शोर स्तर, उच्च शक्ति उपभोग, और निम्न रेखीयता।

फोटोडायोड की विशेषताएँ

फोटोडायोड की विशेषताएँ उसके प्रदर्शन का वर्णन करती हैं जब प्रकाश की तीव्रता, तरंगदैर्ध्य, तापमान, बायस विभव आदि की विभिन्न स्थितियों में होता है। इनमें से कुछ विशेषताएँ निम्नलिखित हैं:

फोटोडायोड के अनुप्रयोग

• ऑप्टिकल संचार

• ऑप्टिकल मापन

• ऑप्टिकल इमेजिंग

• ऑप्टिकल स्विचिंग

• सौर ऊर्जा उत्पादन

निष्कर्ष

फोटोडायोड एक अर्धचालक डिवाइस 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 विभव की स्थितियों में कार्य करता है और दो मोडों में कार्य करता है: फोटोवोल्टेजिक मोड और फोटोकंडक्टिव मोड। फोटोडायोड की विभिन्न विशेषताएँ होती हैं, जैसे कि प्रतिक्रिया, क्वांटम दक्षता, स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया, अंधेरे में धारा, अंधेरे में प्रतिरोध, शोर, रेखीयता, और प्रतिक्रिया समय।

फोटोडायोड के ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल मापन, ऑप्टिकल इमेजिंग, ऑप्टिकल स्विचिंग, और सौर ऊर्जा उत्पादन में अनेक अनुप्रयोग होते 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 डिवाइस है जो प्रकाश को संवेदनशीलता से संवेदनशील और विद्युत में परिवर्तित कर सकता है।