فتودیود شاتکی (Schottky Photodiode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فتودیود شاتکی (Schottky Photodiode) :
فتودیود شاتکی (Schottky Photodiode) نوعی فتودیود است که بر اساس اتصال فلز-نیمه هادی (Metal-Semiconductor Junction) یا سد شاتکی (Schottky Barrier) کار می کند. برخلاف فتودیودهای PIN که از پیوند PN استفاده می کنند، فتودیود شاتکی از یک لایه فلزی نازک و نیمه هادی (معمولا نوع N) ساخته می شود. این ساختار مزایایی مانند سرعت بسیار بالا و پاسخ در محدوده فرابنفش (UV) دارد.
ساختار فتودیود شاتکی شامل یک لایه فلزی نازک (چند نانومتر) است که بر روی یک لایه نیمه هادی (معمولا سیلیکون نوع N با دوپینگ سبک) قرار می گیرد. لایه فلزی باید آنقدر نازک باشد که نور بتواند از آن عبور کرده و به نیمه هادی برسد. در محل اتصال، یک سد شاتکی تشکیل می شود که میدان الکتریکی داخلی ایجاد می کند.
مکانیزم کار: نور فرودی از لایه فلزی نازک عبور کرده و در نیمه هادی جذب می شود و جفت الکترون-حفره تولید می کند. حامل های تولید شده در ناحیه تهی (که در زیر فلز قرار دارد) توسط میدان الکتریکی قوی سد شاتکی از هم جدا شده و جریان نوری (Photocurrent) ایجاد می کنند. این فرآیند بسیار سریع است.
مزایای فتودیود شاتکی نسبت به فتودیود PIN عبارتند از: سرعت بسیار بالا (تا چند ده گیگاهرتز) به دلیل ناحیه تهی باریک و عدم تزریق حامل های اقلیت، و پاسخ خوب در محدوده فرابنفش (UV) به دلیل جذب نور در نزدیکی سطح. همچنین ساختار ساده تری دارند.
معایب آن شامل جریان تاریکی (Dark Current) نسبتا بالاتر (به دلیل جریان نشتی سد شاتکی) و پاسخ دهی (Responsivity) کمتر در محدوده مرئی نسبت به فتودیود PIN است. همچنین لایه فلزی نازک ممکن است بخشی از نور را جذب کند.
پارامترهای مهم فتودیود شاتکی عبارتند از: پاسخ دهی طیفی (Spectral Responsivity) (معمولا در محدوده UV تا مرئی)، سرعت پاسخ یا پهنای باند (Bandwidth) (بسیار بالا)، ظرفیت خازنی (C_j) (بسیار کم)، جریان تاریکی (I_d) (چند نانوآمپر تا چند میکروآمپر)، و محدوده طول موجی.
کاربرد اصلی فتودیود شاتکی در آشکارسازهای فرابنفش (UV Detectors) است. آنها برای اندازه گیری شدت UV در دستگاه های استریلیزاسیون، تست های UV، و تجهیزات علمی استفاده می شوند. همچنین در میکسرهای نوری (Optical Mixers) و آشکارسازهای بسیار سریع در مخابرات نوری با سرعت بسیار بالا (ده ها گیگاهرتز) کاربرد دارند.
کاربرد دیگر در طیف سنجی (Spectroscopy) و تجهیزات تحلیلی است که نیاز به پاسخ سریع در محدوده UV دارند. همچنین در سنسورهای موقعیت یابی (Position Sensors) و برخی کاربردهای نظامی و فضایی استفاده می شوند.
سری معروف فتودیودهای شاتکی شامل محصولات شرکت هایی مانند Hamamatsu (سری S1226 برای UV، سری G4176 برای سرعت بالا) و برخی تولیدکنندگان تخصصی است. این فتودیودها معمولا در بسته بندی های خاص با پنجره کوارتز (برای عبور UV) عرضه می شوند.
در نهایت، فتودیود شاتکی یک گزینه عالی برای کاربردهایی است که سرعت بسیار بالا یا پاسخ در فرابنفش مورد نیاز است. اگرچه برای کاربردهای عمومی تر، فتودیود PIN انتخاب رایج تری است، فتودیود شاتکی در جایگاه تخصصی خود نقش مهمی ایفا می کند.
