مقالات

فناوری فوتودیود

آشنایی فوتودیود

فناوری فوتودیود و نوریاب از انواع مختلفی از دیودها استفاده می‌کنند که هر کدام فناوری متفاوت و همچنین مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند. فناوری فتودیودها، کاربردهای زیادی در صنعت برق دارد. فتودیود به عنوان نوریاب در بسیاری از CD و DVD درایوها گرفته تا ارتباطات نوری و آژیر دزدگیر و سنسور نوری معمولی به کار می‌رود.

آشنایی با فناوری فوتودیود و انواع آن

فناوری فوتودیود ساده است و در عین حال عملکرد بسیار عالی را ارائه می‌دهد. با استفاده از فناوری جدید فتودیود می‌توان به سرعت‌های ۳۰ گیگاهرتز و بیشتر دست یافت که این امر، امکان انتقال داده‌های نوری با سرعت بسیار بالا را فراهم می‌کند. اگر می‌خواهید با این فناوری و انواع آن آشنا شوید تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

آشنایی با فناوری فوتودیود و انواع آن

توسعه فناوری فتودیود

فناوری فوتودیود از دل توسعه اولیه دیود اتصال PN که فرایند تکامل آن به طور جدی از دهه ۱۹۴۰ شروع شد، بیرون آمد. بعدها مشخص شد که دیود اتصال PN تنها برای یکسو کردن سیگنال‌ها کاربرد ندارد بلکه از آن می‌توان برای بسیاری از کارهای فوتونیکی مانند فتودیودها، سلول‌های خورشیدی و انتشار نور نیز بهره برد.

فناوری فوتودیود در دهه ۱۹۵۰ اصلاح شد و در اواخر آن دهه، دیود نوری PIN توسعه یافت. جذب نور در ناحیه تخلیه گسترده ساختار پین برای اولین بار در مقاله‌ای که در سال ۱۹۵۹ توسط گارتنر منتشر شد مورد بررسی قرار گرفت. اگرچه سیلیکون، ماده مورد استفاده در ساخت فتودیودها بوده است، اما بعدها مشخص شد که از ژرمانیوم نیز می‌توان برای تولید فتودیود استفاده کرد و فردی به نام ریز برای اولین بار در سال ۱۹۶۲ کاربرد آن را نشان داد.

اگرچه فناوری فتودیود PIN یکی از پرکاربردترین اشکال فناوری دیودها بوده است، اما انواع دیگری از جمله دیود بهمنی نیز توسعه داده شده است. در سال ۱۹۵۳، مک آفی  و مک کی اولین کسانی بودند که در این راه قدم برداشتند و مفهوم ضرب بهمنی را مورد بررسی قرار دارند و نتیجه کار آن‌ها ظهور فتودیودهای بهمنی در سال ۱۹۶۳ و سال‌های بعد بود.

شکل دیگری از فتودیود به نام فتودیود شاتکی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. ظاهرا اولین تحقیقات درباره نوریاب تماس نقطه‌ای در حدود سال ۱۹۶۲ انجام شده و ساخت دیودهای بعدی نیز با استفاده از نوارهای فلزات ذوب‌شده نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.

نماد فوتودیود

در نماد فتودیود از نماد اصلی دیود استفاده می‌شود. در این نماد دو فلش که به سوی دستگاه اشاره می‌کنند دیده می‌شود. این فلش‌ها نشان‌دهنده جهت نور، یعنی برخورد نور به دستگاه است. نماد فتودیود شبیه به دیود ساطع‌کننده نور است، اما به دلایلی مشخص، در نماد دیود، فلش‌ها در جهتی مخالف نماد فتودیود قرار دارند.

انواع فناوری فتودیود

اگرچه امروزه اصطلاح فتودیود بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد اما انواع مختلفی از فناوری فوتودیود وجود دارد که می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. از آنجایی که هر یک از آن‌ها ویژگی‌های متفاوتی را ارائه می‌دهند، فناوری‌های مختلف فوتودیود در زمینه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  • فتودیود PN: فتودیود PN اولین شکلی از فتودیود بود که ساخته شد. عملکرد آن همانند برخی انواع دیگر فتودیودها پیشرفته نیست و بنابراین در حال حاضر از آن کمتر از گذشته استفاده می‌شود.
  • فتودیود پین: این نوع فتودیود یکی از پرکاربردترین انواع فتودیودهای امروزی است. فتودیود PIN فوتون‌های نور را با کارایی بیشتری نسبت به فتودیود PN جمع می‌کند، زیرا ناحیه وسیع بین نواحی P و N اجازه می‌دهد تا نور بیشتری جمع شود و علاوه بر این، ظرفیت خازن کمتری نیز ارائه می‌دهد.
  • فتودیود بهمنی: فناوری فتودیود بهمنی در مناطقی با نور کم به دلیل سطوح بالای بهره آن استفاده می شود. در مقابل این مزیت، فتودیود بهمنی نویز بالایی دارد. به همین دلیل، استفاده از فناوری فوتودیود در همه جا کاربرد ندارد.
  • فتودیود شاتکی: فتودیود شاتکی مبتنی بر دیود شاتکی است. اتصال دیود کوچک به این معنی است که ظرفیت خازنی اتصال بسیار کم است و می‌تواند در سرعت‌های بالا کار کند. در نتیجه، این شکل از فتودیود اغلب در سیستم‌های ارتباطی نوری با پهنای باند بالا مانند لینک فیبر نوری استفاده می‌شود،

هر نوع فناوری فوتودیود، مزایا و معایب خاص خود را دارد و در واقع می‌توان گفت که هر نوع فتودیود را می توان برای یک کاربرد خاص انتخاب کرد. پارامترهایی از جمله نویز، محدودیت‌های بایاس معکوس، بهره، طول موج را می‌توان هنگام انتخاب نوع فناوری فتودیود که برای یک موقعیت خاص کاربردی‌تر است در نظر گرفت. با وجود فتودیودهای PIN، PN، بهمن و فوتودیودهای شاتکی، می‌توان انتخابی آگاهانه برای اطمینان از کاربرد مناسب فناوری بهینه فوتودیود انجام داد.

آشنایی با فناوری فوتودیود

 

پایه و اساس عملکرد فناوری فوتودیود

اگرچه انواع فتودیودها تاحدی به روش‌های متفاوتی عمل می‌کنند، اما اساس عملکرد فتودیودها علی‌رغم انواع مختلف دیودهای مورد استفاده ثابت و یکسان باقی می‌ماند. برای توضیح نحوه عملکرد فناوری فتودیود، باید نور را به صورت فوتون یا بسته های نور در نظر گرفت.

هنگامی که یک فوتون با انرژی کافی وارد ناحیه تخلیه یک دیود نیمه‌هادی می‌شود، ممکن است به اتمی با انرژی کافی برخورد کند تا الکترون را از ساختار اتمی آزاد کند. این فرایند یک الکترون آزاد و یک حفره (یعنی اتمی دارای فضایی برای الکترون) ایجاد می‌کند. الکترون دارای بار منفی است، در حالی که حفره دارای بار مثبت است.

الکترون‌ها و حفره‌ها ممکن است آزاد بمانند یا الکترون‌های دیگری ممکن است با حفره‌ها ترکیب شوند و دوباره اتم‌های کاملی را در یک شبکه کریستالی تشکیل دهند. با وجود این، ممکن است که الکترون‌ها و حفره‌ها آزاد باقی بمانند و با یک میدان خارجی از ناحیه تخلیه دور شوند. به این ترتیب جریان عبور از دیود تغییر می‌کند و یک جریان نوری در داخل فتودیود تولید می‌شود.

نتیجه‌گیری

امروزه فناوری فتودیود به خوبی کامل و تثبیت شده و به طور گسترد‌ه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از دیودها که کارایی عالی و کاربرد فراوانی دارند وجود دارد و برای هر کاربردی می‌توان یک نوع فتودیود مناسب را انتخاب کرد. انواع فتودیودهای  PN، بهمن، پین و شاتکی در بازار موجود هستند.

قطعات الکترونیک

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.