فوٹوڈیوڈ کیا ہے؟ (حصہ 1)

فوٹوڈیوڈایک سیمی کنڈکٹر ڈیوائس ہے جو روشنی کو کرنٹ میں تبدیل کرتی ہے، اور p (مثبت) اور n (منفی) تہوں کے درمیان ایک اندرونی تہہ ہوتی ہے۔ فوٹوڈیوڈ برقی رو پیدا کرنے کے لیے ان پٹ کے طور پر ہلکی توانائی حاصل کرتا ہے۔ فوٹوڈیوڈس کو فوٹو ڈیٹیکٹر، فوٹو الیکٹرک سینسر یا لائٹ ڈیٹیکٹر بھی کہا جاتا ہے۔

فوٹوڈیوڈ ریورس بائیس حالات میں کام کرتا ہے، یعنی فوٹوڈیوڈ کا P-سائیڈ بیٹری کے منفی الیکٹروڈ (یا پاور سپلائی) سے منسلک ہوتا ہے، اور N-سائیڈ بیٹری کے مثبت الیکٹروڈ سے منسلک ہوتا ہے۔ عام فوٹوڈیوڈ مواد سلکان، جرمینیم، انڈیم گیلیم آرسنائیڈ فاسفائیڈ، اور انڈیم گیلیم آرسنائیڈ ہیں۔

اندر، فوٹوڈیوڈ میں لائٹ فلٹر، بلٹ ان لینس، اور سطح کا رقبہ ہے۔ جب فوٹوڈیوڈ کی سطح کا رقبہ بڑھایا جاتا ہے تو ردعمل کا وقت کم ہوجاتا ہے۔ بہت کم فوٹوڈیوڈ روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس (ایل ای ڈی) کی طرح نظر آتے ہیں۔ اس کے دو ٹرمینلز ہیں، جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ چھوٹا ٹرمینل کیتھوڈ کا کام کرتا ہے اور لمبا ٹرمینل انوڈ کا کام کرتا ہے۔

فوٹوڈیوڈ کی علامت ایل ای ڈی کی علامت کی طرح ہے، لیکن تیر ایل ای ڈی میں باہر کی بجائے اندر کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ نیچے دی گئی تصویر فوٹوڈیوڈ کی علامت کو ظاہر کرتی ہے۔

1. فوٹوڈیوڈ اصول

فوٹوڈیوڈز الیکٹران کے سوراخوں کا ایک جوڑا بنا کر کام کرتے ہیں جب ایک توانائی بخش فوٹون ڈائیوڈ سے ٹکراتا ہے۔ اس میکانزم کو اندرونی فوٹو الیکٹرک اثر بھی کہا جاتا ہے۔ اگر ڈیپلیشن ریجن جنکشن میں جذب ہوتا ہے تو، کمی والے علاقے میں اندرونی برقی فیلڈ کے ذریعے کیریئرز کو جنکشن سے ہٹا دیا جاتا ہے۔

عام طور پر، جب روشنی PN جنکشن کو روشن کرتی ہے، covalent بانڈ ionized ہوتا ہے۔ اس سے سوراخ اور الیکٹران کے جوڑے بنتے ہیں۔ فوٹوکورنٹ الیکٹران ہول جوڑوں کی نسل کی وجہ سے پیدا ہوتا ہے۔ جب 1.1eV سے زیادہ توانائی والے فوٹون ڈائیوڈ سے ٹکراتے ہیں تو الیکٹران ہول جوڑے بنتے ہیں۔ جب فوٹون ڈایڈڈ کے کمی کے علاقے میں داخل ہوتا ہے، تو یہ ایٹم سے زیادہ توانائی سے ٹکراتا ہے۔ اس کے نتیجے میں جوہری ڈھانچے سے الیکٹران کی رہائی ہوتی ہے۔ جب الیکٹران جاری کیے جاتے ہیں، مفت الیکٹران اور سوراخ پیدا ہوتے ہیں.

عام طور پر، الیکٹرانوں میں منفی چارج ہوتا ہے اور سوراخ میں مثبت چارج ہوتا ہے۔ ختم ہونے والی توانائی میں بلٹ ان برقی میدان ہوگا۔ اس برقی میدان کی وجہ سے، الیکٹران ہول جوڑا PN جنکشن سے بہت دور ہے۔ اس طرح، سوراخ انوڈ کی طرف بڑھتے ہیں اور الیکٹران فوٹوکورنٹ پیدا کرنے کے لیے کیتھوڈ کی طرف بڑھتے ہیں۔

فوٹون جذب کی شدت اور فوٹون توانائی ایک دوسرے کے متناسب ہیں۔ تصویر میں جتنی کم توانائی ہوتی ہے، اتنی ہی زیادہ جذب ہوتی ہے۔ اس پورے عمل کو اندرونی فوٹو الیکٹرک اثر کہا جاتا ہے۔

اندرونی اتیجیت اور خارجی اتیجیت فوٹوون اتیجیت کے دو طریقے ہیں۔ اندرونی اتیجیت کا عمل اس وقت ہوتا ہے جب والینس بینڈ میں الیکٹران فوٹان کے ذریعہ کنڈکشن بینڈ میں پرجوش ہوتے ہیں۔

2. فوٹوڈیوڈ کا ورکنگ سرکٹ

فوٹوڈیوڈس بنیادی طور پر تین مختلف طریقوں میں کام کرتے ہیں، جو یہ ہیں:

(1) فوٹو وولٹک موڈ

(2) فوٹو کنڈکٹیو موڈ

(3) برفانی تودہ ڈایڈڈ موڈ

(1) فوٹو وولٹک موڈ

اس موڈ کو زیرو بائیس موڈ بھی کہا جاتا ہے۔ اس موڈ کو ترجیح دی جاتی ہے جب فوٹوڈیوڈ کم فریکوئنسی ایپلی کیشنز اور سپر انرجی لیول لائٹ ایپلی کیشنز میں کام کر رہے ہوں۔ جب فلیش فوٹوڈیوڈ سے ٹکراتا ہے، یہ ایک وولٹیج بناتا ہے۔ نتیجے میں وولٹیج کی ایک بہت ہی چھوٹی متحرک رینج ہوگی اور اس میں غیر لکیری خصوصیات ہوں گی۔ جب فوٹوڈیوڈ کو اس موڈ میں OP-AMP کے ساتھ کنفیگر کیا جاتا ہے، تو درجہ حرارت میں تبدیلی بہت کم ہوگی۔

(2) فوٹو کنڈکٹیو موڈ

اس موڈ میں، فوٹوڈیوڈ ریورس بائیس حالات میں کام کرے گا۔ کیتھوڈ مثبت ہے اور انوڈ منفی ہے۔ جیسے جیسے ریورس وولٹیج بڑھتا ہے، ڈیپلیشن پرت کی چوڑائی بھی بڑھ جاتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، ردعمل کا وقت اور جنکشن کی گنجائش کم ہو جائے گی۔ اس کے برعکس، آپریشن کا یہ طریقہ تیز ہے اور الیکٹرانک شور پیدا کرتا ہے۔

(3) برفانی تودہ ڈایڈڈ موڈ

Avalanche diodes اعلیٰ الٹ تعصب کے حالات کے تحت کام کرتے ہیں، جو کہ برفانی تودے کے ٹوٹنے کو ہر الیکٹران ہول جوڑے میں فوٹو الیکٹریسٹی کے ذریعے پیدا ہونے کی اجازت دیتے ہیں۔ نتیجہ فوٹوڈیوڈ کا اندرونی فائدہ ہے، جو آلہ کے ردعمل کو آہستہ آہستہ بڑھاتا ہے۔

(4) فوٹوڈیوڈ سرکٹ

فوٹوڈیوڈ کا سرکٹ ڈایاگرام نیچے دکھایا گیا ہے۔ سرکٹ کو 10k ریزسٹر اور فوٹوڈیوڈ کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے۔ ایک بار جب فوٹوڈیوڈ روشنی کو دیکھتا ہے، تو یہ اس میں سے کچھ کرنٹ گزرنے دیتا ہے۔ ڈایڈڈ کے ذریعے فراہم کردہ کرنٹ کا مجموعہ ڈائیوڈ کے ذریعے مشاہدہ کی گئی روشنی کے مجموعے کے متناسب ہو سکتا ہے۔

3. فوٹوڈیوڈ کو بیرونی سرکٹ سے جوڑیں۔

فوٹوڈیوڈ ایک ریورس بائیسڈ سرکٹ میں کام کرتا ہے۔ اینوڈ سرکٹ گراؤنڈ سے جڑا ہوا ہے اور کیتھوڈ سرکٹ کے مثبت سپلائی وولٹیج سے جڑا ہوا ہے۔ جب روشنی سے روشن ہوتا ہے تو کیتھوڈ سے انوڈ کی طرف برقی رو بہہ جاتا ہے۔

جب فوٹوڈیوڈس کو بیرونی سرکٹ کے ساتھ استعمال کیا جاتا ہے، تو وہ سرکٹ میں پاور سپلائی سے منسلک ہوتے ہیں۔ فوٹوڈیوڈ کے ذریعہ پیدا ہونے والا کرنٹ بہت چھوٹا ہوگا۔ یہ موجودہ قدر الیکٹرانک ڈیوائس کو چلانے کے لیے کافی نہیں ہے۔ لہذا، جب وہ بیرونی بجلی کی فراہمی سے منسلک ہوتے ہیں، تو یہ سرکٹ کو زیادہ کرنٹ فراہم کرتا ہے۔ لہذا بیٹری کو طاقت کے منبع کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ بیٹری کا ذریعہ موجودہ قیمت کو بڑھانے میں مدد کرتا ہے، بیرونی آلات کی بہتر کارکردگی میں حصہ ڈالتا ہے۔

4. Photodiode مینوفیکچرنگ کے عمل

فوٹوڈیوڈ مواد

فوٹوڈیوڈ کا مواد اس کی بہت سی خصوصیات کا تعین کرتا ہے۔ اہم خصوصیت روشنی کی لہر ہے جس کا فوٹوڈیوڈ جواب دیتا ہے، اور دوسرا شور کی سطح ہے، دونوں کا زیادہ تر انحصار فوٹوڈیوڈ میں استعمال ہونے والے مواد پر ہوتا ہے۔

طول موج کے بارے میں مختلف ردعمل مختلف مواد کے استعمال کی وجہ سے ہوتے ہیں کیونکہ مواد کے بینڈ گیپ میں الیکٹرانوں کو اکسانے کے لیے کافی توانائی کے حامل صرف فوٹون ہی فوٹوڈیوڈ سے کرنٹ پیدا کرنے کے لیے اہم توانائی پیدا کرتے ہیں۔

جبکہ مواد کی طول موج کی حساسیت بہت اہم ہے، ایک اور پیرامیٹر جو فوٹوڈیوڈ کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈال سکتا ہے وہ ہے پیدا ہونے والے شور کی سطح۔

ان کے بڑے بینڈ گیپ کی وجہ سے، سلکان فوٹوڈیوڈس جرمینیئم فوٹوڈیوڈس سے کم شور پیدا کرتے ہیں۔ تاہم، ضروری فوٹوڈیوڈ کی طول موج پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے، اور جرمینیئم فوٹوڈیوڈس کو تقریباً 1000 nm سے زیادہ طول موج کے لیے استعمال کیا جانا چاہیے۔

مزید جاننے کے لیے حصہ 2 پر جائیں۔

رابطے کی معلومات:

اگر آپ کے پاس کوئی آئیڈیا ہے تو بلا جھجھک ہم سے بات کریں۔ اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ ہمارے گاہک کہاں ہیں اور ہماری ضروریات کیا ہیں، ہم اپنے صارفین کو اعلیٰ معیار، کم قیمتوں اور بہترین سروس فراہم کرنے کے اپنے مقصد کی پیروی کریں گے۔