Fotoiletken Nedir

Malzemeler yapılarıyla itibariyle, iletme kapasitelerine bağlı olarak; yarı iletkenler, iletkenler ve yalıtkanlar olmak üzere üç kategoriye ayrılır. Bu nedenle, bu malzemelerin iletkenliğindeki ana farklılık, enerji-bant yapılarının farklılığından kaynaklanmaktadır. Işık, malzemelerin üzerine düştüğünde, iletkenliği önemli ölçüde artan fotoiletken malzeme olarak bilinir. Artan iletkenliğe, esas olarak yarı iletkenlerde gözlenen bu duruma fotoiletkenlik denir.

Fotoiletken veya Fotoiletkenlik, kızılötesi ışık, ultraviyole ışık, görünür ışık veya gama radyasyonu gibi elektromanyetik radyasyon absorpsiyonu nedeniyle bir malzemenin daha elektriksel olarak iletken hale geldiği elektriksel ve optik bir olgudur. Bir yarı iletken malzeme ışığı emdiğinde, yük taşıyıcılarının sayısı ve ayrıca elektriksel iletkenliği artar. Genelde yarı iletkenlerde görülen fotoiletkenlik, kullanım alanları da oldukça fazladır.

Özetle, fotoiletkenler sağladığı avantajlar sayesinde; askeri tabanlı uygulamalardan, transistör, kızılötesi dedektör ve fotosensör gibi birçok cihazda kullanılırlar.

Yarı iletken seri olarak bir yük direnci ve bir ön gerilim kullanıldığında, malzemenin elektrik iletkenliğindeki değişiklik devre boyunca akan akımı değiştirirken yük direnci boyunca bir voltaj düşüşü ölçülebilir. Fotoiletken malzeme örnekleri, fotokopide yaygın olarak kullanılan iletken polimer polivinil karbazol malzemesidir ve Rus Atoll ısı arayan füzeleri gibi IR algılama uygulamalarında kurşun sülfür malzemesi kullanılır, ABD Sidewinder ve selenyum erken kserografi ve televizyonda kullanılır.

Fotoiletken Yapısı

Fotoiletken, disk şeklindeki bir taban boyunca uzun şerit zikzak biçiminde düzenlenen ışığa duyarlı bir malzeme içerir. Bağlantı terminalleri, şeridin her tarafında iletken malzemeye sabitlenmiştir. Bu nedenle, ışığa duyarlı malzeme iki iletken arasında geniş bir şerittir ve korunması için şeffaf plastik bir kapak kullanılır. Fotoiletken yapısı aşağıdaki görsel gösterilmiştir.

Fotoiletken Yapısı

Fotoiletken hücrelerin üretiminde CdSe (kadmiyum selenit) ve CdS (Kadmiyum sülfür) gibi iki malzeme kullanılır. Bu iki malzeme, ışık yoğunluğundaki değişikliklere oldukça yavaş tepki verir. Dolayısıyla, CdSe’nin tepki süresi yaklaşık 10 ms iken, CdS için 100 ms olabilir.

Bu iki malzeme arasındaki diğer bir temel fark, sıcaklık duyarlılığıdır, çünkü ortam sıcaklığındaki değişiklikler yoluyla bir CdSe hücresinin direncinde büyük bir değişiklik vardır. Bunun birlikte, kadmiyum sülfür direnci oldukça sabit kalır.

Diğer tüm cihaz türlerinde olduğu gibi, güç kaybının aşırı olmamasına dikkat edilmelidir. Bir CdS hücresinin spektral tepkisi, görünür ışığa hızlı tepki verdiği için insan gözünün tepkisi ile ilişkilidir.

Fotoiletken Çalışma Prensibi

Işık ışını fotoiletken malzemenin yüzeyine çarptığında, malzemedeki elektronların atomlarından uzaklaşmasına neden olacak kadar enerji sağlar. Bu nedenle malzeme içinde delikler ve elektronlar gibi serbest yük taşıyıcıları oluşturulabilir, direnci azalacaktır. Buna Fotoiletken etki denir.

Yarı İletkenlerde Fotoiletkenlik

Fotoiletkenlik, esas olarak yarı iletkenlerde gözlenen artan iletkenliktir. Bu mekanizmayı ayrıntılı olarak anlamak için, yarı iletken bir yapının temelinin dikkate alınması gerekir. Yarıiletkenlerin enerji-bant diyagramında, iletkenler ile karşılaştırıldığında, iletim bandındaki elektronlar gibi yük taşıyıcıların sayısı oldukça azdır. Ancak değerlik bandında boşluklar gibi yük taşıyıcıları da vardır.

Yarı İletkenlerde Fotoiletkenlik

Bunlar elektronlar tarafından bırakılan ve iletim bandına taşınan boşluklar olarak bilinir. Yukarıdaki şema, bir yarı iletken içindeki yük taşıyıcıları gösterilmektedir. Bir yarı iletken içindeki akımın iletimi, değerlik bandındaki elektronlar ve delikler tarafından gerçekleşir. Yarı iletkenler, içsel ve dışsal olmak üzere iki tipte mevcuttur. Saf yarı iletkenler içseldir ve iletkenliğini arttırmak için bir yarı iletkene safsızlıklar dâhil edildiğinde, dışsal olarak ifade edilir. Burada eklenen safsızlık elektron sayısını veya delik sayısını artırabilir.

Işık ışınları yarı iletken malzeme üzerine düştüğünde, değerlik bandındaki elektronlar fotonları emer ve boşluklar bırakarak hemen iletim bandına atlar. Böylece her iki banttaki artan elektron ve delik sayısı malzemenin iletkenliğini artıracaktır. Bu nedenle, iletkenlik artışı, esas olarak, fotoiletkenlik olarak bilinen malzeme üzerine düşen ışıktan kaynaklanmaktadır.

Fotoiletkenlerin Avantajları

Fotoiletkenlerin avantajları şunlardır:

  • Esas olarak ışığa bağlıdır, bu nedenle üzerine ışık düştüğünde ve karanlık arttığında direnci azalacaktır.
  • Ucuzdur, farklı boyut ve şekillerde mevcuttur
  • Çalışmaları için daha az güç ve voltaja ihtiyaç duyarlar.
  • Basit devreler yapmak için kullanılırlar.

Fotoiletkenlerin Dezavantajları

Fotoiletkenlerin dezavantajları şunlardır:

  • Fototransistörlere veya fotodiyotlara kıyasla daha az duyarlıdır.
  • Bir fotorezistörün yapımında Kadmiyum sülfür (CdS) kullanıldığında, atmosfer için tehlikelidir.
  • Uygulanan voltaj maksimum voltajı yükselttiğinde fotoiletkene zarar verir.
  • Tepki süresi 10sn veya 100 milisaniye gibi çok yavaştır.
  • Sıcaklığa duyarlıdır.

Fotoiletkenlerin Kullanım Alanları

Fotoiletken malzemelerden bir fotodirenç yapılır. Fotodirenç üzerine uygun frekanstaki ışık düştüğünde, direncin iletkenliğini aynı anda artıran yük taşıyıcı çiftleri oluşur, özdirenç azalır. Bu nedenle, fotodirenç gelen ışığa duyarlıdır.

  • Bu malzemeler esas olarak, güdümlü füzelerden ısı üreten hedeflere kadar askeri tabanlı uygulamalarda kızılötesi radyasyonu algılamak için kullanılır.
  • Fotoiletkenlik, daha önce selenyum kullanılan, ancak şimdi fotoiletken polimerlere dayanan xerografi veya fotokopi işleminde kullanılır.
  • Bazı fotoiletkenler sokak lambaları, kameralı ışık ölçerler, saatli radyolar, nanofotonik sistemler, kızılötesi dedektörler ve düşük boyutlu fotosensör cihazlarında kullanılır.
  • Fotoiletkenlerin kullanım alanlarından biri de; X-Ray görüntü detektörleridir.
  • Röle kontrolü için kullanılırlar.
  • Transistörleri açıp kapatmak için kullanılır.
  • Opamp tabanlı bir Schmitt tetikleme devresi ile kullanılabilir.
  • LED içindeki akım akışının seviyesini kontrol etmek için kullanılır.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here