مقاله فارسی ترانزيستور

ترانزيستور
ترانزيستور را معمولاً به عنوان يکي از قطعات الکترونيک مي‌‌شناسند. ترانزيستور يکي از ادوات حالت جامد است که از مواد نيمه رسانايي مانند سيليسيم (سيليکان) ساخته مي‌شود.
کاربرد
ترانزيستور هم در مدارات الکترونيک آنالوگ و هم در مدارات الکترونيک ديجيتال کاربردهاي بسيار وسيعي دارد. در آنالوگ مي‌توان از آن به عنوان تقويت کننده يا تنظيم کننده ولتاژ (رگولاتور) و … استفاده کرد. کاربرد ترانزيستور در الکترونيک ديجيتال شامل مواردي مانند پياده سازي مدار منطقي، حافظه، سوئيچ کردن و … مي‌شود.به جرات مي توان گفت که ترانزيستور قلب تپنده الکترونيک است.
عملکرد
ترانزيستور از ديدگاه مداري يک عنصر سه‌پايه مي‌‌باشد که با اعمال يک سيگنال به يکي از پايه‌هاي آن ميزان جريان عبور کننده از دو پايه ديگر آن را مي‌توان تنظيم کرد. براي عملکرد صحيح ترانزيستور در مدار بايد توسط المان‌هاي ديگر مانند مقاومت‌ها و … جريان‌ها و ولتاژهاي لازم را براي آن فراهم کرد و يا اصطلاحاً آن را باياس کرد.
انواع
دو دسته مهم از ترانزيستورها BJT (ترانزيستور دوقطبي پيوندي) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزيستور اثر ميدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزيستورهاي اثزميدان يا FET‌ها نيز خود به دو دسته ي ترانزيستور اثر ميدان پيوندي(JFET) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسيم مي‌شوند.
ترانزيستور دوقطبي پيوندي
در ترانزيستور دو قطبي پيوندي با اعمال يک جريان به پايه بيس جريان عبوري از دو پايه کلکتور و اميتر کنترل مي‌شود. ترانزيستورهاي دوقطبي پيوندي در دونوع npn و pnp ساخته مي‌شوند. بسته به حالت باياس اين ترانزيستورها ممکن است در ناحيه قطع، فعال و يا اشباع کار کنند. سرعت بالاي اين ترانزيستورها و بعضي قابليت‌هاي ديگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضي مدارات خاص استفاده شود.
انواع ترانزيستور پيوندي
pnp
شامل سه لايه نيم هادي که دو لايه کناري از نوع p و لايه مياني از نوع n است و مزيت اصلي آن در تشريح عملکرد ترانزيستور اين است که جهت جاري شدن حفره‌ها با جهت جريان يکي است.
npn
شامل سه لايه نيم‌ هادي که دو لايه کناري از نوع n و لايه مياني از نوع p است. پس از درک ايده‌هاي اساسي براي قطعه ي pnp مي‌توان به سادگي آنها را به ترانزيستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.
ساختمان ترانزيستور پيوندي ترانزيستور داراي دو پيوندگاه است. يکي بين اميتر و بيس و ديگري بين بيس و کلکتور. به همين دليل ترانزيستور شبيه دو ديود است. ديود سمت چپ را ديود بيس _ اميتر يا صرفاً ديود اميتر و ديود سمت راست را ديود کلکتور _ بيس يا ديود کلکتور مي‌ناميم. ميزان ناخالصي ناحيه وسط به مراتب کمتر از دو ناحيه جانبي است. اين کاهش ناخالصي باعث کم شدن هدايت و بالعکس باعث زياد شدن مقاومت اين ناحيه مي‌گردد.
اميتر که به شدت آلائيده شده، نقش گسيل و يا تزريق الکترون به درون بيس را به عهده دارد. بيس بسيار نازک ساخته شده و آلايش آن ضعيف است و لذا بيشتر الکترونهاي تزريق شده از اميتر را به کلکتور عبور مي‌دهد. ميزان آلايش کلکتور کمتر از ميزان آلايش شديد اميتر و بيشتر از آلايش ضعيف بيس است و کلکتور الکترونها را از بيس جمع‌آوري مي‌کند.
طرز کار ترانزيستور پيوندي طرز کار ترانزيستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسي قرار مي‌دهيم. طرز کار pnp هم دقيقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اينکه الکترونها و حفره‌ها با يکديگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذيه مستقيم ديود اميتر ناحيه تهي کم عرض مي‌شود، در نتيجه حاملهاي اکثريت يعني الکترونها از ماده n به ماده p هجوم مي‌آورند. حال اگر ديود بيس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذيه نمائيم، ديود کلکتور به علت باياس معکوس عريض‌تر مي‌شود.
الکترونهاي جاري شده به ناحيه p در دو جهت جاري مي‌شوند، بخشي از آنها از پيوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحيه کلکتور مي‌رسند و تعدادي از آنها با حفره‌هاي بيس بازترکيب شده و به عنوان الکترونهاي ظرفيت به سوي پايه خارجي بيس روانه مي‌شوند، اين مولفه بسيار کوچک است.
ترانزيستور دوقطبي پيوندي
ترانزيستور يک قطعه ‌الکترونيکي فعال بوده و از ترکيب سه قطعه n و p بدست مي‌آيد که ‌از ترزيق حاملين بار اقليت در يک پيوند با گرايش مستقيم استفاده مي‌کند و داراي سه پايه به نامهاي بيس (B)، اميتر (E) و کلکتور (C) مي‌باشد و چون در اين قطعه ‌اثر الکترونها و حفره‌ها هر دو مهم است، به آن يک ترانزيستور دوقطبي گفته مي‌شود.
تاريخچه
عصر نوين الکترونيک نيمه رساناها با اختراع ترانزيستور دوقطبي در 1948 توسط باردين، براتاين و شاکلي در آزمايشگاههاي تلفن بل آغاز شد. اين قطعه به همراه همتاي اثر ميداني خود تاثير شگفتي روي تقريبا تمام حوزه‌هاي زندگي نوين گذاشته ‌است.
انواع ترانزيستور پيوندي

pnp شامل سه لايه نيم ‌هادي که دو لايه کناري از نوع p و لايه مياني از نوع n است و مزيت اصلي آن در تشريح عملکرد ترانزيستور اين است که جهت جاري شدن حفره‌ها با جهت جريان يکي است.

npn شامل سه لايه نيم‌ هادي که دو لايه کناري از نوع n و لايه مياني از نوع p است. پس از درک ايده‌هاي اساسي براي قطعه pnp مي‌توان به سادگي آنها را به ترانزيستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.
ساختمان ترانزيستور پيوندي
ترانزيستور داراي دو پيوندگاه ‌است. يکي بين اميتر و بيس و ديگري بين بيس و کلکتور. به همين دليل ترانزيستور شبيه دو ديود است. ديود سمت چپ را ديود بيس _ اميتر يا صرفا ديود اميتر و ديود سمت راست را ديود کلکتور _ بيس يا ديود کلکتور مي‌ناميم. ميزان ناخالصي ناحيه وسط به مراتب کمتر از دو ناحيه جانبي است. اين کاهش ناخالصي باعث کم شدن هدايت و بالعکس باعث زياد شدن مقاومت اين ناحيه مي‌گردد.
اميتر که شديدا آلائيده شده، نقش گسيل و يا تزريق الکترون به درون بيس را به عهده دارد. بيس بسيار نازک ساخته شده و آلايش آن ضعيف است و لذا بيشتر الکترونهاي تزريق شده ‌از اميتر را به کلکتور عبور مي‌دهد. ميزان آلايش کلکتور کمتر از ميزان آلايش شديد اميتر و بيشتر از آلايش ضعيف بيس است و کلکتور الکترونها را از بيس جمع‌آوري مي‌کند.
طرز کار ترانزيستور پيوندي
طرز کار ترانزيستور را با استفاده ‌از نوع npn مورد بررسي قرار مي‌دهيم. طرز کار pnp هم دقيقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اينکه ‌الکترونها و حفره‌ها با يکديگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذيه مستقيم ديود اميتر ناحيه تهي کم عرض مي‌شود، در نتيجه حاملهاي اکثريت يعني الکترونها از ماده n به ماده p هجوم مي‌آورند. حال اگر ديود بيس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذيه نمائيم، ديود کلکتور به علت باياس معکوس عريض‌تر مي‌شود.

الکترونهاي جاري شده به ناحيه p در دو جهت جاري مي‌شوند، بخشي از آنها از پيوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحيه کلکتور مي‌رسند و تعدادي از آنها با حفره‌هاي بيس بازترکيب شده و به عنوان الکترونهاي ظرفيت به سوي پايه خارجي بيس روانه مي‌شوند، اين مولفه بسيار کوچک است.
نحوه ‌اتصال ترازيستورها
اتصال بيس مشترک در اين اتصال پايه بيس بين هر دو بخش ورودي و خروجي مدار مشترک است. جهتهاي انتخابي براي جريان شاخه‌ها جهت قراردادي جريان در همان جهت حفره‌ها مي‌شود.
اتصال اميتر مشترک مدار اميتر مشترک بيشتر از ساير روشها در مدارهاي الکترونيکي کاربرد دارد و مداري است که در آن اميتر بين بيس و کلکتور مشترک است. اين مدار داراي امپدانس ورودي کم بوده، ولي امپدانس خروجي مدار بالا مي‌باشد.
اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک براي تطبيق امپدانس در مدار بکار مي‌رود، زيرا برعکس حالت قبلي داراي امپدانس ورودي زياد و امپدانس خروجي پائين است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتي بين اميتر و زمين به نام مقاومت بار بسته مي‌شود
دیود
مقدمه
دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد.
ولتاژ معکوس
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و – به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود.
دسته بندی دیودها
در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده
(Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.
اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)
محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود.
دیود پیوندی
دیود یک قطعه ‌الکترونیکی است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ، سیلیسیم یا ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه ‌است، اعمال ولتاژ در دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.دیود بی بایاس یا بدون تغذیه که ولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.
بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که ‌الکترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهای مرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود)
تغذیه یا بایاس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و به علت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش معکوس دیود).
انواع دیودهای پیوندی
دیودهای نور گسل
در دیودی که بایاس مستقیم دارد، الکترونهای نوار رسانش از پیوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها می‌افتند. این الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژی دریافت کرده بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفیت انرژی دریافتی را مجددا تابش می‌کنند. در دیودهای یکسوساز این انرژی به صورت گرما پس داده می‌شود، ولی دیودهای نور گسل LED این انرژی را به صورت فوتون تابش می‌کنند.
فوتودیودها
انرژی گرمایی باعث تولید حامل‌های اقلیتی‌ در دیود می‌گردد. با افزایش دما جریان دیود در بایس معکوس افزایش می‌یابد. انرژی نوری هم همانند انرژی گرمایی باعث بوجود آمدن حاملهای اقلیتی ‌می‌گردد. کارخانه‌های سازنده با تعبیه روزنه‌ای کوچک برای تابش نور به پیوندگاه دیودهایی را می‌سازند که فوتودیود نامیده می‌شوند. وقتی نور خارجی به پیوندگاه یک فوتودیود که بایس مستقیم دارد فرود آید، زوجهای الکترون _ حفره در داخل لایه تهی بوجود می‌آیند. هرچه نور شدیدتر باشد، مقدار حاملهای اقلیتی ‌نوری افزایش یافته، در نتیجه جریان معکوس بزرگتر می‌شود. به ‌این دلیل فوتودیودها را آشکارسازهای نوری گویند.
وراکتور
نواحی p و n در دو طرف لایه تهی را می‌توان مانند یک خازن تخت موازی در نظر گرفت، ظرفیت این خازن تخت موازی را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت پیوندگاه گویند. ظرفیت خازن انتقال CT هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند، دیود
با ظرفیت متغییر یا وارکتور نام دارند. وراکتور موازی با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید را می‌دهد که با تغییر ولتاژ معکوس وراکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم.
دیودهای شاتکی
دیود شاتکی یک وسیله تک‌قطبی است که در آن به جای استفاده ‌از دو نوع نیمه ‌هادی p و n متصل به هم ، معمولا از یک نوع نیم ‌هادی سیلیسیم نوع n با یک اتصال فلزی مانند طلا – نقره یا پلاتین استفاده می‌شود. در هر دو ماده ‌الکترون حامل اکثریت را تشکیل می‌دهد. وقتی که دو ماده به هم متصل می‌شوند، الکترونها در ماده سیلیسیم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ می‌کنند و یک جریان سنگینی از بارهای اکثریت بوجود می‌آید. دیود شاتکی لایه تهی ذخیره بار ندارد. کاربرد این دیود در فرکانس‌های خیلی بالاست.
دیودهای زنر
این دیود سیلیسیم برای کار در ناحیه شکست طراحی و بهینه شده است، گاهی آن را دیود شکست هم می‌گویند. با تغییر میزان آلایش ، کارخانه‌های سازنده می‌توانند دیودهای زنری بسازند که ولتاژ شکست آنها از دو تا دویست ولت تغییر کند. با اعمال ولتاژ معکوس که ‌از ولتاژ شکست زنر بگذرد، وسیله‌ای خواهیم داشت که مانند یک منبع ولتاژ ثابت عمل می‌کند.وقتی غلظت آلایش در دیود خیلی زیاد باشد، لایه تهی بسیار باریک می‌شود. میدان الکتریکی در لایه تهی بسیار شدید است. میدان چنان شدید است که ‌الکترونها را از مدارهای ظرفیت خارج می‌کند. ایجاد الکترونهای آزاد به ‌این روش را شکست زنر می‌نامیم.
کاربردها
قطعات پیوندی p – n در صنعت الکترونیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. به عنوان مثال دیودهای نور افشان LED در نمایشگرهای دیجیتالی و گسیلنده‌های نور قرمز GaAs و InP بویژه برای سیستمهای مخابرات نوری مناسب هستند. آرایش لیزر نیم رسانا ، آشکارساز نوری را می‌توان در سیستم دیسک فشرده برای خواندن اطلاعات دیجیتال از دیسک چرخان مورد استفاده قرار داد.
کاربرد بسیار مهم پیوندها به عنوان باتری‌های خورشیدی است که ‌انرژی نوری جذب شده را به انرژی ‌الکتریکی مفید تبدیل می‌کنند. دیودهای با ظرفیت متغیر در تولید رمونی‌ها ، مخرب فرکانس‌های مایکروویو و فیلترهای فعال است. دیودهای زنر به عنوان مرجع در مدارهایی که نیازمند مقدار معینی از ولتاژ هستند، استفاده می‌شوند.
دیود تونلی
دیود تونلی یک قطعه پیوندی p-n است که بر اساس تونل زنی مکانیک کوانتومی الکترونها از درون سد پتانسیل پیوند عمل می‌کند. چگونگی تونل زنی برای جریان معکوس در اصل اثر زنر است، هر چند مقدار اندکی گرایش معکوس برای شروع آن در دیودهای تونلی لازم است.
عملکرد دیود تونلی
دیود تونلی که شامل پیوند p-n است، در حالت تعادل تراز فرمی ، در سراسر آن ثابت است.( Eft در زیر لبه نوار ظرفیت طرف P قرار دارد و Efn بالای لبه نوار هدایت در طرف n واقع است). نوارها در مقیاس انرژی ، همپوشانی کرده‌اند تا Ef (انرژی فرعی) ثابت بماند. مفهوم آن اینست که با اندکی گرایش مستقیم یا معکوس وضعیتهای پر و خالی در مقابل هم قرار می‌گیرند که فاصله بین آنها اساسا پهنای ناحیه تهی است.
دیود تونلی تحت گرایش معکوس
تحت یک گرایش معکوس این امکان فراهم می‌شود که الکترونها از حالت پر نوار ظرفیت در زیر Eft به حالتهای خالی نوار هدایت در بالای Efn تونل بزنند. این شرایط مشابه اثر زنری است، با این تفاوت که هیچگونه گرایشی برای ایجاد حالت همپوشانی نوارها لازم نیست. با ادامه افزایش گرایش معکوس Efn به پایین آمدن خود در مقیاس انرژی نسبت به Efp ادامه داده و حالتهای پر بیشتری را از طرف p مقابل حالتهای خالی طرف n قرار می‌دهد. در نتیجه تونل زنی الکترونها از P به n با افزایش گرایش معکوس زیاد می‌شود.
دیود تونلی تحت گرایش مستقیم
وقتی یک گرایش مستقیم اعمال شود، Efn نسبت به Efp به اندازه qv در مقیاس انرژی افزایش می‌یابد. در نتیجه الکترونها زیر Efn در طرف n در مقابل وضعیتهای خالی بالای Efp در طرف P قرار می‌گیرند. این جریان مستقیم با افزایش گرایش مادامی که حالتهای پر بیشتری در مقابل حالتهای خالی قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد.
مقاومت فعال
در دیودهای تونلی با گرایش مستقیم ، هنگامی که Efn به افزایش خود نسبت به Efp ادامه می‌دهد، به نقطه‌ای می‌رسیم که در آن نوارها از مقابل هم می‌گذرند. در این حالت تعداد حالتهای پر در مقابل حالتهای خالی کاهش می‌یابد. این ناحیه از این جهت اهمیت دارد که کاهش جریان تونل زنی با افزایش گرایش ناحیه‌ای با شیب منفی تولید می‌کند. مقاومت فعال (دینامیک) dv/dt منفی است. این ناحیه با مقاومت منفی در بسیاری از کاربردها مفید است. اگر گرایش مستقیم بعد از ناحیه با مقاومت منفی افزایش یابد، جریان دوباره شروع به افزایش می‌کند.
کاربردهای مداری
مقاومت منفی دیود تونل را می‌توان برای کلید زنی ، نوسان ، تقویت و سایر عملیات مداری مورد استفاده قرار داد. این حوزه وسیع کاربردی همراه با این واقعیت که فرایند تونل زنی تاخیر زمانی رانش و نفوذ را ندارد، دیود تونلی را یک انتخاب طبیعی برای مدارهای بسیار سریع ساخته است.
دیود نوری
دید کلی
قطعات دو پایانه طراحی شده برای پاسخ به جذب فوتون ، دیودهای نوری نامیده می‌شوند. برخی از دیودهای نوری سرعت پاسخ و حساسیت بسیار بالایی دارند. از آنجایی که ‌الکترونیک نوین علاوه بر سیگنالهای الکتریکی اغلب دارای سیگنالهای نوری نیز می‌باشد، دیودهای نوری نقش مهمی ‌را به عنوان قطعات الکترونیک ایفا می‌کنند. غالبا از قطعات پیوندی برای بهبودی سرعت پاسخ و حساسیت آشکارسازهای نوری یا تابشهای پر انرژی استفاده می‌شود.
ولتاژ و جریان در یک پیوند نور تابیده
رانش حاملین بار اقلیت در دو سر یک پیوند تولید جریان می‌کنند، بویژه حاملین بار تولید شده در ناحیه تهی w توسط میدان پیوند جدا شده ‌الکترونها در ناحیه n و حفره‌ها در ناحیه p جمع می‌شوند. همچنین حاملین بار اقلیت که به صورت گرمایی در فاصله یک طول نفوذ از طرفین پیوند تولید می‌شوند، به ناحیه تهی نفوذ کرده و توسط میدان الکتریکی به طرف دیگر جاروب می‌شوند. اگر پیوند بطور یکنواخت توسط فوتون‌های با انرژی hv>Eg تحت تابش قرار گیرد، یک نرخ تولید اضافی در این جریان مشارکت می‌کند و ولتاژ مستقیم در هر دو سر یک پیوند نور تابیده به نام پدیده فوتوولتائیک ایجاد می‌شود.
باتریهای خورشیدی
امروزه برای تأمین توان الکتریکی مورد نیاز بسیاری از ماهواره‌های فضایی از آرایه‌های باتری خورشیدی از نوع پیوندی p-n استفاده می‌شود. باتریهای خورشیدی می‌توانند توان مورد نیاز تجهیزات داخل یک ماهواره را در مدت زمان طولانی فراهم سازند. آرایه‌های پیوندی را می‌توان در سطح ماهواره توزیع و یا اینکه در باله‌های باتری خورشیدی متصل به بدنه ‌اصلی ماهواره جا داد. برای بهره گیری از بیشترین مقدار انرژی نوری
موجود ، لازم است که باتری خورشیدی دارای پیوندی با سطح مقطع بزرگ و در نزدیکی سطح قطعه باشد. پیوند سطحی توسط نفوذ یا کاشت یون تشکیل شده و برای جلوگیری از انعکاس و نیز کاهش بازترکیب ، سطح آن با مواد مناسب پوشیده می‌شود.
آشکارسازهای نوری
یک چنین قطعه‌ای برای اندازه گیری سطوح روشنایی یا تبدیل سیگنالهای نوری متغیر با زمان به سیگنالهای الکتریکی وسیله‌ای مناسب است. در بیشتر آشکارسازهای نوری سرعت پاسخ آشکارساز بسیار مهم است. مرحله نفوذ حاملین بار امری زمان‌بر است و باید در صورت امکان حذف شود. پس مطلوب است که پهنای ناحیه تهی به ‌اندازه کافی بزرگ باشد تا اکثر فوتون‌ها به‌جای نواحی خنثی n و p در درون ناحیه تهی جذب شوند. وقتی که یک EHP در ناحیه تهی بوجود آید، میدان الکتریکی ، الکترون را به طرف n و حفره را به طرف p می‌کشد. چون این رانش حاملین بار در زمان کوتاهی رخ می‌دهد، پاسخ دیود نوری می‌تواند بسیار سریع باشد. هنگامی ‌که حاملین بار عمدتا در ناحیه تهی w ایجاد شوند، به آشکارساز یک دیود نوری لایه تهی گفته می‌شود. اگر w پهن باشد، اکثر فوتونهای تابشی در ناحیه تهی جذب خواهند شد. w پهن منجر به کاهش ظرفیت پیوند شده و در نتیجه ثابت زمانی مدار آشکارساز را کاهش می‌دهد.
نحوه کنترل پهنای ناحیه تهی
روش مناسب برای کنترل پهنای ناحیه تهی ساختن یک آشکارساز نوری p-i-n است. ناحیه i مادامی که مقاومت ویژه زیاد است، لزومی ‌ندارد که حقیقتا ذاتی باشد. می‌توان آن را به روش رونشستی روی بستر نوع n رشد داد و ناحیه p را توسط نفوذ ایجاد کرد. هنگامی‌ که ‌این قطعه در گرایش معکوس قرار می‌گیرد، ولتاژ وارده تقریبا بطور کامل در دو سر ناحیه i ظاهر می‌شود. برای آشکارسازی سیگنالهای نوری ضعیف اغلب مناسب است که دیود نوری در ناحیه شکست بهمنی مشخصه‌اش عمل کند.

فایل : 15 صفحه

فرمت : Word