फोटोडायोड का कार्य सिद्धांत

फोटोडायोड, एक प्रमुख उपकरण के रूप में जो ऑप्टिकल सिग्नल को विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक तकनीक में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। संचार, इमेजिंग से लेकर सेंसर तकनीक तक, फोटोडायोड का अनुप्रयोग सर्वव्यापी है, जो आधुनिक तकनीक में क्रांतिकारी प्रगति ला रहा है।
फोटोडायोड का कार्य सिद्धांत मुख्य रूप से फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और पीएन जंक्शन सिद्धांत पर आधारित है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उस घटना को संदर्भित करता है जहां जब प्रकाश कुछ पदार्थों पर विकिरणित होता है, तो इन पदार्थों के अंदर के इलेक्ट्रॉन फोटॉन की ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप संक्रमण होता है और इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े का निर्माण होता है। फोटोडायोड में, यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पीएन जंक्शन क्षेत्र में होता है।
पीएन जंक्शन एक फोटोडायोड की मुख्य संरचना है, जिसमें एक पी - प्रकार का अर्धचालक और एक एन - प्रकार का अर्धचालक शामिल होता है। पीएन जंक्शन पर, P-प्रकार के अर्धचालक से N-प्रकार के अर्धचालक में छिद्रों के प्रसार के कारण और N-प्रकार के अर्धचालक से P{6}प्रकार के अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों के प्रसार के कारण, एक अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र बनता है। इस निर्मित विद्युत क्षेत्र की दिशा N से P की ओर इंगित करती है, जो छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों के आगे प्रसार को रोकती है, इस प्रकार PN जंक्शन इंटरफ़ेस पर एक बहुत पतली कमी परत बनाती है।
जब प्रकाश को फोटोडायोड के पीएन जंक्शन पर विकिरणित किया जाता है, तो फोटॉन को कमी परत में परमाणुओं या अणुओं द्वारा अवशोषित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से चालन बैंड में संक्रमण करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े का निर्माण होता है। निर्मित विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन एन क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं और छेद पी क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं, जिससे पीएन जंक्शन के दोनों किनारों पर एक फोटो प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल बनता है। इस फोटो प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल का परिमाण सीधे आपतित प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है।
फोटोडायोड के संचालन के दौरान, आमतौर पर इसमें रिवर्स बायस वोल्टेज लागू करना आवश्यक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि रिवर्स बायस वोल्टेज निर्मित विद्युत क्षेत्र के प्रभाव को और बढ़ा सकता है, जिससे फोटो उत्पन्न इलेक्ट्रोमोटिव बल अधिक स्पष्ट हो जाता है। साथ ही, रिवर्स बायस वोल्टेज डार्क करंट (यानी प्रकाश न होने पर उत्पन्न कमजोर करंट) को भी दबा सकता है, फोटोडायोड की संवेदनशीलता और सिग्नल {{5}से {{6}शोर अनुपात में सुधार कर सकता है।