Apakah Fotodiod? (Bahagian 1)

Diod fotoialah peranti semikonduktor yang menukarkan cahaya kepada arus, dan di antara lapisan p (positif) dan n (negatif), terdapat lapisan intrinsik. Fotodiod menerima tenaga cahaya sebagai input untuk menghasilkan arus elektrik. Fotodiod juga dikenali sebagai pengesan foto, pengesan fotoelektrik atau pengesan cahaya.

Fotodiod beroperasi di bawah keadaan pincang songsang, iaitu, sisi P fotodiod disambungkan ke elektrod negatif bateri (atau bekalan kuasa), dan sisi N disambungkan ke elektrod positif bateri. Bahan fotodiod biasa ialah silikon, germanium, indium gallium arsenide phosphide, dan indium gallium arsenide.

Di dalam, fotodiod mempunyai penapis cahaya, kanta terbina dalam, dan kawasan permukaan. Apabila luas permukaan fotodiod ditambah, masa tindak balas dikurangkan. Sangat sedikit fotodiod kelihatan seperti diod pemancar cahaya (LED). Ia mempunyai dua terminal, seperti yang ditunjukkan di bawah. Terminal yang lebih kecil berfungsi sebagai katod dan terminal yang lebih panjang berfungsi sebagai anod.

Simbol fotodiod adalah serupa dengan simbol LED, tetapi anak panah menunjuk ke dalam dan bukannya di luar dalam LED. Imej di bawah menunjukkan simbol fotodiod.

1. Prinsip fotodiod

Fotodiod berfungsi dengan mencipta sepasang lubang elektron apabila foton bertenaga mengenai diod. Mekanisme ini juga dikenali sebagai kesan fotoelektrik dalaman. Jika penyerapan berlaku di persimpangan rantau penyusutan, pembawa dikeluarkan dari simpang oleh medan elektrik dalaman di kawasan penyusutan.

Biasanya, apabila cahaya menerangi simpang PN, ikatan kovalen terion. Ini mewujudkan lubang dan pasangan elektron. Arus foto terhasil kerana penjanaan pasangan lubang elektron. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada 1.1eV terkena diod, pasangan lubang elektron terbentuk. Apabila foton memasuki kawasan penyusutan diod, ia mengenai atom dengan tenaga yang tinggi. Ini mengakibatkan pembebasan elektron daripada struktur atom. Apabila elektron dibebaskan, elektron bebas dan lubang dicipta.

Secara umum, elektron mempunyai cas negatif dan lubang mempunyai cas positif. Tenaga yang habis akan mempunyai medan elektrik terbina dalam. Kerana medan elektrik ini, pasangan lubang elektron berada jauh dari persimpangan PN. Oleh itu, lubang bergerak ke arah anod dan elektron bergerak ke arah katod untuk menghasilkan arus foto.

Keamatan penyerapan foton dan tenaga foton adalah berkadar antara satu sama lain. Semakin kurang tenaga foto itu, semakin banyak ia menyerap. Keseluruhan proses ini dipanggil kesan fotoelektrik dalaman.

Pengujaan intrinsik dan pengujaan ekstrinsik adalah dua kaedah pengujaan foton. Proses pengujaan intrinsik berlaku apabila elektron dalam jalur valens teruja oleh foton ke jalur pengaliran.

2. Litar kerja fotodiod

Fotodiod terutamanya berfungsi dalam tiga mod berbeza, iaitu:

(1) Mod fotovoltan

(2) Mod fotokonduktif

(3) Mod diod salji

(1) Mod fotovoltan

Mod ini juga dipanggil mod bias sifar. Mod ini lebih disukai apabila fotodiod beroperasi dalam aplikasi frekuensi rendah dan aplikasi cahaya tahap tenaga super. Apabila denyar mengenai fotodiod, ia menghasilkan voltan. Voltan yang terhasil akan mempunyai julat dinamik yang sangat kecil dan akan mempunyai ciri tak linear. Apabila fotodiod dikonfigurasikan dengan OP-AMP dalam mod ini, perubahan suhu akan menjadi sangat kecil.

(2) Mod fotokonduktif

Dalam mod ini, fotodiod akan beroperasi dalam keadaan pincang songsang. Katod adalah positif dan anod adalah negatif. Apabila voltan terbalik meningkat, lebar lapisan penyusutan juga meningkat. Akibatnya, masa tindak balas dan kapasitansi simpang akan dikurangkan. Sebaliknya, mod operasi ini pantas dan menghasilkan bunyi elektronik.

(3) Mod diod salji

Diod runtuhan salji beroperasi dalam keadaan pincang songsang yang tinggi, yang membolehkan pecahan salji membiak kepada setiap pasangan lubang elektron yang dihasilkan oleh elektrik foto. Hasilnya ialah keuntungan dalaman fotodiod, yang perlahan-lahan meningkatkan tindak balas peranti.

(4)Litar fotodiod

Gambar rajah litar fotodiod ditunjukkan di bawah. Litar ini boleh dibina dengan perintang 10k dan fotodiod. Sebaik sahaja fotodiod melihat cahaya, ia membenarkan beberapa arus melaluinya. Jumlah arus yang dibekalkan melalui diod boleh berkadar dengan jumlah cahaya yang diperhatikan melalui diod.

3. Sambungkan fotodiod ke litar luaran

Fotodiod beroperasi dalam litar pincang songsang. Anod disambungkan ke tanah litar dan katod disambungkan kepada voltan bekalan positif litar. Apabila diterangi oleh cahaya, arus elektrik mengalir dari katod ke anod.

Apabila fotodiod digunakan dengan litar luaran, ia disambungkan kepada bekalan kuasa dalam litar. Arus yang dihasilkan oleh fotodiod akan menjadi sangat kecil. Nilai semasa ini tidak mencukupi untuk memacu peranti elektronik. Oleh itu, apabila ia disambungkan kepada bekalan kuasa luaran, ia memberikan lebih banyak arus ke litar. Jadi bateri digunakan sebagai sumber kuasa. Sumber bateri membantu meningkatkan nilai semasa, menyumbang kepada prestasi peranti luaran yang lebih baik.

4. Proses pembuatan diod foto

Bahan fotodiod

Bahan fotodiod menentukan banyak ciri-cirinya. Ciri utama ialah gelombang cahaya yang dijawab oleh fotodiod, dan yang satu lagi ialah tahap hingar, yang kedua-duanya bergantung pada bahan yang digunakan dalam fotodiod.

Tindak balas yang berbeza terhadap panjang gelombang berlaku disebabkan penggunaan bahan yang berbeza kerana hanya foton dengan tenaga yang cukup untuk menguja elektron dalam jurang jalur bahan menghasilkan tenaga yang ketara untuk menjana arus daripada fotodiod.

Walaupun kepekaan panjang gelombang bahan adalah sangat penting, satu lagi parameter yang boleh memberi kesan ketara ke atas prestasi fotodiod ialah tahap hingar yang dihasilkan.

Oleh kerana jurang jalurnya yang lebih besar, fotodiod silikon menghasilkan bunyi yang kurang daripada fotodiod germanium. Walau bagaimanapun, terdapat juga keperluan untuk mempertimbangkan panjang gelombang fotodiod yang diperlukan, dan fotodiod germanium mesti digunakan untuk panjang gelombang lebih lama daripada kira-kira 1000 nm.

Pergi ke Bahagian 2 untuk mengetahui lebih lanjut.

Maklumat perhubungan:

Jika anda mempunyai sebarang idea, sila berbincang dengan kami. Tidak kira di mana pelanggan kami berada dan apa keperluan kami, kami akan mengikut matlamat kami untuk menyediakan pelanggan kami kualiti tinggi, harga rendah dan perkhidmatan terbaik.