فهرست مطالب
فوتودیودهای سیلیکونی نوعی نیمه‌هادی هستند که نسبت به ذرات پر انرژی و فوتون‌ها حساس هستند. عملکرد فوتودیودها به این صورت است که با جذب فوتون‌ها یا ذرات باردار، جریانی متناسب با توان جذب شده را در یک مدار خارجی ایجاد می‌کنند. از فوتودیودها می‌توان برای تشخیص وجود یا عدم وجود نور استفاده کرد. از جمله کاربردهای متعدد فوتودیودها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- طیف سنجی
- عکاسی
- ابزارهای تحلیل‌گر
- سنسورهای نوری موقعیت
- تنظیم پرتو نور
- تعیین مشخصات سطوح
- مسافت یاب‌های لیزری
- مخابرات نوری
- تجهیزات پزشکی
ساختار یک فوتو دیود مسطح
فوتو دیودهای سیلیکونی مسطح، همان دیودهای پیوند P-N هستند. یک پیوند P-N را می‌توان با تزریق ناخالصی نوع P مانند بور در بستر نوع N ساخت یا هم با تزریق ناخالصی نوع N مانند فسفر در بستر سیلیکونی نوع P. منطقه تزریق شده، سطح فعال فوتو دیود را مشخص می‌کند. برای ایجاد یک اتصال اهمی، تزریق ناخالصی دیگری به پشت ویفر لازم است. این ناخالصی برای دیود منطقه فعال نوع P از جنس N بوده و برای دیود منطقه فعال N از جنس P است. پدهای اتصال یکی جلو ناحیه فعال روی ناحیه‌ای مشخص و دیگری در پشت به طور کامل قرار می‌گیرد. سپس ناحیه فعال با یک پوشش ضد نور برای کاهش انعکاس نورهایی با فرکانس خاص پوشیده می‌شود. ناحیه غیر فعال روی سطح بالایی، با لایه ضخیمی از اکسید سیلیکون پوشیده می‌شود. با کنترل ضخامت بستر اصلی، سرعت و پاسخ‌پذیری فوتو دیود را می‌توان کنترل کرد. لازم به ذکر است که وقتی فوتو دیودها بایاس می‌شوند، باید در حالت بایاس معکوس کار کنند؛ به عبارت دیگر ولتاژ منفی به آند و ولتاژ مثبت به کاتد متصل می‌شود.
اساس کار فوتو دیود
سیلیکون یک نیمه‌هادی با انرژی باند گپ 1.12 eV در دمای اتاق است. این گپ فاصله بین باند ظرفیت و باند هدایت است. در دمای صفر مطلق، باند ظرفیت کاملا پر و باند هدایت کاملا خالی است. با افزایش دما، الکترون‌ها برانگیخته شده و با انرژی گرمایی از باند ظرفیت به باند هدایت منتقل می‌شوند. همچنین با فوتون‌هایی با انرژی بیشتر از 1.12eV و طول موجی کوتاه‌تر از 1100 نانو متر، الکترون‌ها می‌توانند از باند ظرفیت به باند هدایت منتقل شوند. الکترون‌های منتقل شده در باند هدایت آزاد و آماده هدایت جریان هستند.
حرکت الکترون‌ها از ناحیه نوع n به ناحیه نوع p و حرکت حفره‌ها از ناحیه نوع p به سمت ناحیه نوع n، سبب ایجاد یک ولتاژ داخلی در پیوند می‌شود. حرکت الکترون ها و حفره‌ها بین ناحیه n و p، سبب ایجاد ناحیه تخلیه می‌شود. ولتاژ داخلی ناحیه تخلیه باعث ایجاد میدانی قوی در محل پیوند می‌شود. هر گونه ولتاژ اعمالی معکوسی، سبب بزرگ‌تر شدن ناحیه تخلیه می‌شود. زوج‌های الکترون-حفره تولید شده توسط نور، از ناحیه پیوند رانده می‌شوند. جریان تولید شده با توان نور تابشی متناسب است. میزان نور جذب شده با فاصله، نسبتی نمایی و با ضریب جذب نسبت مستقیم دارد. ضریب جذب برای طول موج های کوتاه در ناحیه UV بسیار بزرگ بوده ولی برای طول موج‌های بلند، مقداری کم است. بنابراین فوتون‌هایی با طول موج کوتاه مانند UV، در لایه نازک بالایی جذب می‌شوند. این در حالی است که سیلیکون طول موج های بلند تر از 1200 نانو متر را از خود عبور می‌دهد. با این همه، فوتون‌هایی با انرژی کمتر از انرژی باند گپ، همیشه جذب نمی‌شوند.
برای مشاهده سایر نوشتارهای مربوط به الکترونیک و مخابرات، اینجا کلیک کنید!
