İçeriğe atla

Fotodiyot

Bir Ge (üstte) ve üç Si (altta) fotodiyot
sembol

Fotodiyot, görünür ışık, kızılötesi veya ultraviyole radyasyon, X ışınları ve gama ışınları gibi foton radyasyonuna duyarlı bir yarı iletken diyottur.[1] Fotodiyot, fotonları emdiğinde akım veya voltaj Fotovoltaikleri üreten bir PN yarı iletken malzemedir.Semiconductor Optoelectronics (Farhan Rana, Cornell Üniversitesi).

Fotodiyotlar için elektron uyarımının fiziği, tipik olarak bir Fotodirenç olarak veya Fototiristörlerdeki anahtarlar olarak uygulanan fotoiletkenliğe benzer.

Fotodiyotlar algılama ve ölçüm uygulamaları için kullanılabilir veya güneş pillerinde elektrik enerjisi üretimi için optimize edilebilir. Fotodiyotlar, IR, görünür ışık, UV fotosellerden gama ışını spektrometrelerine kadar elektromanyetik spektrum boyunca geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılır.

Fotodiyot, tıkama yönündeki akımı ışıkla kontrol edilen bir yarı iletken elemanıdır.

Fotodiyot, üzerine düşen ışıkla orantılı voltaj da üretir. Ancak bu özelliği yerine genellikle uygulamada ters polarite de beslenir ve sızıntı akımının ışıkla orantılı değişmesi özelliğinden yararlanılır. Pozometrelerde, hırsız alarm sistemlerinde, tv, müzik seti vs uzaktan kumanda aletlerinde otomatik açılır kapanır kapı sistemlerinde, otomatik çalışan gece lambalarında ışık algılayıcısı olarak kullanılmaktadır.

Işığın girebilmesi için katot bölgesine açılan şeffaf bir pencere bulunmaktadır. Fotodiyot, tıkama yönünde devreye bağlanır. Karanlıkta tıkama yönünde 1 mikroamper civarında, küçük değerli bir akım akar. Fotodiyotun katot kısmına ışık düşürülünce, tıkama yönündeki akım ışıkla orantılı olarak artar. İdeal olarak karanlıkta açık devre ve aydınlıkta kısa devre gibi kabul edilebilir. Fotodiyotların uygulama alanları fotodirençlere benzer.

Fotodiyota tıkama yönünde bir gerilim uygulandığı zaman, bir fotoiletken eleman ve iletim yönünde gerilim olduğu zaman ise fotovoltaik eleman özelliğindedir. Çeşitli ölçü ve kontrol düzenlerinde fotodiyotun bu iki özelliğinden faydalanılmaktadır.

Fotodiyotun cevap zamanı, fotodirençten daha hızlıdır. Dolayısıyla, fotodiyotlar ışık değişimleri hızlı olan yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır.

Çalışma prensibi

Bir fotodiyot bir PIN yapısı veya p-n bağlantısıdır. Yeterli enerjiye sahip bir foton diyota çarptığında bir elektron-delik çifti oluşturur. Bu mekanizma aynı zamanda iç fotoelektrik etki olarak da bilinir. Eğer soğurma, kavşağın tükenme bölgesinde veya ondan bir difüzyon uzunluğu uzakta meydana gelirse, bu taşıyıcılar, tükenme bölgesinin yerleşik elektrik alanı tarafından kavşaktan süpürülür. Böylece delikler anoda, elektronlar katoda doğru hareket eder ve bir fotoakım üretilir. Fotodiyottan geçen toplam akım, karanlık akım (ışık olmadığında geçirilen akım) ve fotoakımın toplamıdır, dolayısıyla cihazın hassasiyetini maksimuma çıkarmak için karanlık akımın en aza indirilmesi gerekir.[2] Birinci dereceden, belirli bir spektral dağılım için fotoakım, ışınımla doğrusal orantılıdır.[3]

Silikon fotodiyot spektral yanıtı

Tasarım tanımlı spektral yanıta sahip silikon fotodetektörler tanımlanmıştır. Bu amaçla, genel olarak mikro işleme modern teknolojilerinden ve özellikle entegre silikon fotodedektörün iki özelliğinden yararlanılmaktadır. İlk olarak, soğurma katsayısının dalga boyu bağımlılığından yararlanılmaktadır. İkinci olarak, pn-birleşimindeki çok katmanlı girişim filtresinin bir silikon levhanın işlenmesiyle geliştirildiği gerçeğinden yararlanılmaktadır. Silikon kompleks kırılma indisi, n * = n - jk, 1.12 eV'de dolaylı bir bant boşluğu ve 3.4 eV'de doğrudan bir geçiş olasılığı nedeniyle spektrumun fark edilebilir kısmında dalga boyuna bağlıdır, bu da malzemenin UV radyasyonunu yüksek oranda emmesini sağlar ve ayrıca 800 nm'nin üzerindeki dalga boyları için pratik olarak şeffaf bir malzeme gibi davranır. Bu mekanizma, renk sensörlerinin ve ayrıca IR veya UV dizisinde ayırt edici tepkiye sahip fotodiyotların tasarımına izin verir. İnce filmlerden oluşan bir yüzey yığını ile olay ışığının hacimsel silikona iletimi dalga boyuna bağlıdır. Silikonda geleneksel mikroelektronik işlemlerle gerekli uyumluluk, ideal malzeme aralığını entegre devre üretimi için geleneksel olarak kullanılan silikon uyumlu malzemelerle sınırlar. Simülasyonun tahmin kalitesini artırmak için kristal Si, termal olarak büyütülmüş SiO2, LPCVD polisilikon, silisyum nitrür (düşük kayıplı ve stokiyometrik) ve ayrıca oksitler (LTO, PSG, BSG, BPSG), PECVD oksinitrürler ve ince film metaller hakkında kesin veriler sağlanmıştır. Tam bir mikro spektrometre için, difüzyon bileşenini imal etmek üzere tipik olarak mikro işleme eylemleri kullanılır. Fabry-Perot ızgarası veya etalon temelinde görünür veya kızılötesi spektral dizide çalışan cihazlar sunulmuştur.[4]

Kaynakça

  1. ^ Pearsall, Thomas (2010). Photonics Essentials, 2nd edition. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5. 17 Ağustos 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 25 Şubat 2021. 
  2. ^ Tavernier, Filip and Steyaert, Michiel (2011) High-Speed Optical Receivers with Integrated Photodiode in Nanoscale CMOS. Springer. 1-4419-9924-8. Chapter 3 From Light to Electric Current – The Photodiode
  3. ^ Häberlin, Heinrich (2012). Photovoltaics: System Design and Practice. John Wiley & Sons. ss. SA3-PA11-14. ISBN 9781119978381. Erişim tarihi: 19 Nisan 2019. 
  4. ^ Michal (14 Mart 2022). "What is Photodiode - How does a photodiode works - 911electronic.com". 911 Electronic (İngilizce). 6 Haziran 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Mayıs 2022. 

İlgili Araştırma Makaleleri

Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki rölatif yerlerini ifade eden ölçüt. Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder.

<span class="mw-page-title-main">Elektronik devre elemanları</span> elektronik devreyi meydana getiren ögeler

Elektronik devre elemanları, elektrik devresinin çalışabilmesi için kullanılan parçalara denir. Aktif ve pasif devre elemanları olarak iki gruba ayrılır.

<span class="mw-page-title-main">Diyot</span> Yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanı.

Diyot, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Lazer</span> ışığın uyarılmış radyasyon ile yükseltilmesini sağlayan bir optik düzenek

Lazer ışığın uyarılmış radyasyon ile yükseltilmesini sağlayan bir optik düzenektir. İsmini "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" kelimelerinin baş harflerinden alır ve bu, "ışığın uyarılmış ışıma ile yükseltilmesi" anlamına gelir. İlk lazer, 1960 yılında Theodore Maiman tarafından Charles Townes ve Arthur L. Schawlow'un teorileri baz alınarak üretilmiştir. Lazerin ışıktan daha düşük mikrodalgafrekanslarında çalışan versiyonu olan "maser" ise Townes tarafından 1953 yılında bulunmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Kızılötesi fotoğraf</span> Fotoğraflama türü

Kızılötesi fotoğraf, kızılötesi ışınlara duyarlı sensörlerle, kamera filtreleriyle veya filmlerle pozlanmış fotoğraflara denir.

Ultraviyole (UV) veya morötesi; dalga boyu görünür ışıktan kısa, ancak X-ışınlarından uzun olan bir elektromanyetik radyasyon şeklidir. Güneş ışığında bulunur ve Güneş'ten çıkan toplam elektromanyetik radyasyonun yaklaşık %10'unu oluşturur. Ayrıca elektrik arkları, Çerenkov radyasyonu, cıva buharlı lambalar, bronzlaşma lambaları ve siyah ışık gibi kaynaklar tarafından üretilir. Uzun dalga boylu UV fotonları atomları iyonize edecek enerjiye sahip olmadığı için iyonlaştırıcı bir radyasyon olarak kabul edilmese de, kimyasal reaksiyonlara neden olabilir ve birçok maddenin parlamasına neden olabilir. Kimyasal ve biyolojik etkiler de dahil olmak üzere pek çok pratik uygulama, UV radyasyonunun organik moleküllerle etkileşime girmesinden türer. Bu etkileşimler emilimi veya ısıtma dahil moleküllerdeki enerji durumlarının ayarlanmasını içerebilir.

<span class="mw-page-title-main">Spektroskopi</span>

Spektroskopi elektromanyetik radyasyon ile maddenin etkileşiminin radyasyonun dalga boyu veya frekansının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkan elektromanyetik spektrumu (tayf) ölçen ve yorumlayan bir çalışma alanıdır. Başka bir deyişle, elektromanyetik spektrumun tüm bantlarında görünür ışıktan kaynaklı olarak meydana gelen bir kesin renk çalışmasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Radyo dalgaları</span> Radyo Dalgaları (Radio Waves)

Radyo dalgaları, radyo frekansı ile gerçekleşen elektromanyetik dalgalardır. Tel gibi somut bağlantılar kullanmadan, atmosfer içerisinde veri taşınmasına olanak tanırlar. Radyo dalgalarını diğer elektromanyetik dalgalardan ayıran özellikleri görece uzun dalgaboylarıdır.

<span class="mw-page-title-main">Foto direnç</span>

Foto dirençler, üzerlerine düşen ışık şiddetiyle ters orantılı olarak dirençleri değişen elemanlardır. Foto direnç, üzerine düşen ışık arttıkça direnç değeri lineer olmayan bir şekilde azalır. LDR’nin aydınlıkta direnci minimum, karanlıkta maksimumdur. Hem AC devrede, hem DC devrede aynı özellik gösterir. Bu elemanların yapısında “kadmiyum sülfür” (CdS) yarı iletken madde olarak kullanılmaktadır. Kadmiyum sülfür, yalıtkan bir taban üzerine yerleştirilmiş olup, içerisinde iki taraftan daldırılmış birbirlerine değmeyen iletken teller bulunmaktadır. Bu iki iletken telden dışarıya uç çıkarılarak LDR’nin bağlantı terminalleri oluşturulmuştur. LDR’nin üst yüzeyi ışık etkisini algılayabilmesi için şeffaf bir malzemeyle kaplanmıştır.

Fotosel, Fotodetektör, ışık sensörü, optik dedektör, optoelektronik sensör 'ler fotoelektrik etki kullanarak algıladığı ışını elektrik sinyaline dönüştüren veya gelen radyasyona bağlı bir elektrik direnci gösteren bir sensör'dür. Optoelektronik'te "ışık" terimi yalnızca görünür ışığı değil aynı zamanda görünmez kızılötesi ışığı ve ultraviyole radyasyonu'nu da ifade eder.

Mikroelektro-mekanik sistemler (MEMS) günümüzde var olan mekanik ve elektrik sistemlerin entegre ve minyatürize versiyonları olup mikron boyutlarında olan bu sistemleri nanoelektromekanik sistemler (NEMS) vasıtası ile nanoteknoloji uygulamaları için de kullanmak da mümkündür. MEMS kavramı ilk olarak 1987 yılında bir mikrodinamik çalıştayı esnasında telaffuz edilmiştir. Fakat MEMS kavramının ortaya çıkması esas olarak entegre devre çalışmalarında yaşanan gelişmeler ışığında olmuştur. Bu gelişmeler içinde kalıba alma, kaplama teknolojileri, ıslak oyma metotları, kuru oyma metotlarında yaşanan gelişmeler mikro aygıt yapımını mümkün kılmıştır. Küçük aygıtların yapılması konusunda ortaya çıkan ilk fikir ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından 1959 yılında yapılan "There's plenty of room at the bottom" isimli konuşmada ortaya atılmıştır. Mikro-elektromekanik sistemlerin boyutları 1 ile 100 mikrometre arasında değişim gösterir. Bu küçük boyutlarda standard fizik kuralları genellikle geçersizdir. MEMS yapılarında yüzey alanının hacime oranı oldukça yüksektir bu sebep ile yüzey etkileri hacim etkilerine baskın gelir. Mikro elektro-mekanik sistem yapıları üç bölümden oluşur. Bu bölümler mekanik bölüm, mekanik bölümü çalıştıran tahrik bölümü ve mekanik hareketin davranışını inceleyen algılama bölümü olarak özetlenebilir. MEMS tahrik mekanizmaları verilen tahrik tipine göre farklılık gösterir. MEMS yapıları termal, elektrostatik, manyetik, pnömatik ve optik olarak tahrik edilebilir. Algılama işlemi ise genellikle optik ve elektronik sinyaller vasıtası ile yapılır. MEMS, Makina-Malzeme-Elektronik başta olmak üzere, temelde tüm mühendislik dalları ve temel bilimlerle birlikte pek çok dalı kapsayan çalışmaların yapıldığı disiplinlerarası bir kavramdır.

<span class="mw-page-title-main">Radyasyon</span> Uzayda hareket eden dalgalar veya parçacıklar

Radyasyon veya ışınım, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. "Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına" veya "Uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına" da radyasyon denir. Bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla veya oldukça az ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere radyoaktif madde denir.

<span class="mw-page-title-main">İyonlaştırıcı olmayan radyasyon</span> Düşük frekanslı radyasyon

İyonlaştırıcı olmayan radyasyon, bir atomdan veya molekülden bir elektronu tamamen koparabilmek için atomları veya molekülleri iyonlaştırabilecek yeterli enerji taşıyan kuantumlara sahip olmayan herhangi bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Elektromanyetik radyasyon, maddenin içinden geçerken yüklü iyonlar üretmez. Yalnızca, bir elektronu daha yüksek enerji seviyesine çıkaran uyarım için yeterli enerjiye sahiptir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyondan daha yüksek bir frekansa ve daha kısa dalga boyuna sahip olan iyonlaştırıcı radyasyon birçok kullanım alanına sahiptir, ancak sağlık için bir tehdit olabilir. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmak yanıklara, radyasyon hastalıklarına, kansere ve genetik hastalıklara sebep olabilir. İyonlaştırıcı radyasyon kullanmak, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanılırken genelde gerekli olmayan dikkatli ve özenle alınmış radyolojik korunma önlemleri gerektirir.

<span class="mw-page-title-main">Spektrometre</span> ışığın özelliklerini ölçmek için kullanılan bir alet

Spektrometre ya da tayfölçer, elektromanyetik spektrumun belirli bir bölümü üzerinde ışığın özelliklerini ölçerek spektroskopik analiz yöntemiyle materyalleri belirlemek için kullanılan bir araçtır. Ölçülen değişken çoğunlukla ışığın yoğunluğudur ancak ışığın polarizasyon durumuna da bakılabilir. Bağımsız değişken ise genellikle ışık dalga boyu veya foton enerjisi ile doğrudan orantılı bir birimdir; dalga sayısı ya da elektron volt gibi. Spektrometre spektral çizgiler üretmek ve dalga boyları ve yoğunlukları ölçmek için spektroskopi amacıyla kullanılır. Spektrometre gamma ışınları ve X-ışınlarından uzak infrared ışınlarına kadar çok geniş bir dalga boyu aralığı üzerinde çalışılan araçlar için kullanılan bir terimdir. Alet nispi birimler yerine mutlak birimlerin spektrumunu ölçmek için tasarlanmış ise o zaman spektrofotometre olarak adlandırılır. Spektrofotometrelerin çoğunluğu görülebilir spektrum ve yakın spektral bölgelerinde kullanılmaktadır.

Monokristalin silikon bugün hemen hemen her elektronik ekipmanda kullanılan mikroçipler için temel bir malzemedir. Monokristalin silikon fotovoltaikde, güneş hücrelerinde ışık emici madde olarak kullanılır.

Aykırı fotovoltaik etki yarı iletkenler ve iletkenler de meydana gelen bir fotovoltaik etkidir. Aykırı kelimesi fotovoltajın ilgili yarı iletkende bant boşluğundan büyük olduğu durumları ifade eder. Bazı durumlarda voltaj binlerce volta ulaşabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Optik spektrometre</span> Spektrometre

Bir optik spektrometre, elektromanyetik spektrumun belirli bir bölümü üzerindeki ışığın özelliklerini ölçmek için kullanılan ve tipik olarak spektroskopik analizde malzemeleri tanımlamak için kullanılan bir araçtır. Ölçülen değişken çoğunlukla ışığın yoğunluğudur, ancak örneğin polarizasyon durumu da olabilir. Bağımsız değişken genellikle ışığın dalga boyu veya dalga boyu ile karşılıklı bir ilişkisi olan karşılıklı santimetre veya elektron volt gibi foton enerjisi ile doğru orantılı bir birimdir.

<span class="mw-page-title-main">Amorf silisyum</span>

Amorf silisyum (a-Si), güneş pilleri ve LCD‘lerdeki ince-film transistörlerde kullanılan, silisyumun kristal olmayan halidir.

<span class="mw-page-title-main">Yansıma önleyici kaplama</span>

Anti-reflektif (AR), parlama önleyici veya yansıma önleyici kaplama; yansımayı azaltmak için lenslerin, diğer optik elemanların ve fotovoltaik hücrelerin yüzeyine uygulanan bir tür optik kaplamadır. Tipik görüntüleme sistemlerinde yansımadan dolayı olan ışık kaybını azalttığı için verimliliği artırır. Kameralar, dürbünler, teleskoplar ve mikroskoplar gibi karmaşık sistemlerde yansımalardaki azalma kaçak ışığı ortadan kaldırarak görüntünün kontrastını da iyileştirir. Bu özellikle gezegen astronomisinde oldukça önemlidir. Diğer uygulamalarda asıl faydası gözlük camları üzerinde kullanıcının gözlerinin başkaları tarafından daha görünür olmasını sağlaması veya izleyicinin dürbünü veya teleskopik görüşünden kaynaklanan parıltıyı azaltarak yansımanın kendisinin ortadan kaldırılmasıdır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.