Apakah Fotodiod? (Bahagian 2)

Masalah berikut boleh diselesaikan dengan menggunakanDiod fotoatau Phototransistor. Sebagai contoh, kamera telefon perlu mengukur cahaya ambien untuk menentukan sama ada denyar perlu diaktifkan. Bagaimana untuk menilai tahap oksigen dalam darah secara noninvasif? Peranti optoelektronik ini menukar cahaya (foton) kepada isyarat elektrik yang mikropemproses (atau mikropengawal) boleh "lihat." Dengan cara ini, adalah mungkin untuk mengawal kedudukan dan susunan objek, menentukan keamatan cahaya dan mengukur sifat fizikal bahan berdasarkan interaksinya dengan cahaya.

Sekarang mari kita bercakap tentang bahagian kedua.

1. Struktur fotodiod

Salah satu keperluan utama untuk fotodiod ialah kawasan yang sesuai untuk mengumpul cahaya. Dalam persimpangan PN standard, ini agak kecil, tetapi kawasan boleh ditambah dengan menggunakan diod PIN. Memandangkan kawasan intrinsik terkandung dalam simpang aktif yang digunakan untuk pengumpulan cahaya, kawasan yang digunakan untuk pengumpulan cahaya adalah lebih besar, menjadikan fotodiod PIN lebih cekap.

Dalam proses pembuatan fotodiod, lapisan intrinsik tebal dimasukkan di antara lapisan jenis P dan jenis N. Lapisan eigen pertengahan boleh menjadi eigen sepenuhnya atau didopkan dengan sangat ringan untuk menjadikannya lapisan N. Dalam sesetengah kes, ia boleh ditanam pada substrat sebagai lapisan epitaxial, atau ia boleh terkandung dalam substrat itu sendiri.

Lapisan resapan P tambah boleh dibangunkan pada lapisan epitaxial jenis-N yang didopkan banyak. Sentuhan diperbuat daripada reka bentuk logam dan boleh dijadikan dua terminal seperti anod dan katod. Kawasan hadapan diod boleh dibahagikan kepada dua jenis, seperti permukaan aktif dan permukaan pasif.

Reka bentuk permukaan tidak aktif boleh dilakukan dengan silikon dioksida (SiO2). Pada permukaan yang aktif, cahaya boleh bersinar di atasnya, manakala pada permukaan yang tidak aktif, cahaya tidak boleh bersinar. Dengan menutup permukaan aktif dengan bahan anti-reflektif, tenaga cahaya tidak hilang, dan maksimum boleh ditukar menjadi arus elektrik.

Salah satu keperluan utama fotodiod adalah untuk memastikan jumlah maksimum cahaya mencapai lapisan intrinsik. Salah satu cara paling berkesan untuk mencapai ini ialah meletakkan sesentuh elektrik pada sisi peranti, seperti yang ditunjukkan dalam imej. Ini membolehkan jumlah maksimum cahaya untuk mencapai kawasan berkesan. Didapati bahawa oleh kerana substrat banyak didop, hampir tiada kehilangan cahaya kerana ini bukan kawasan aktif.

Oleh kerana cahaya kebanyakannya diserap dalam jarak tertentu, ketebalan lapisan intrinsik biasanya sepadan dengan ini. Sebarang peningkatan melebihi ketebalan ini akan mengurangkan kelajuan operasi - faktor penting dalam banyak aplikasi - dan tidak akan meningkatkan kecekapan dengan banyak.

Cahaya juga boleh memasuki fotodiod dari satu sisi persimpangan. Dengan mengendalikan fotodiod dengan cara ini, lebih sedikit lapisan intrinsik boleh dibuat untuk meningkatkan kelajuan operasi, walaupun dengan kecekapan yang berkurangan.

Dalam sesetengah kes, heterojunctions boleh digunakan. Bentuk pembinaan ini mempunyai fleksibiliti tambahan untuk menerima cahaya daripada substrat dan mempunyai jurang tenaga yang lebih besar, menjadikannya telus kepada cahaya.

Sebagai proses yang kurang standard, ia lebih mahal untuk dilaksanakan dan oleh itu cenderung digunakan untuk produk yang lebih khusus.

2. Ciri-ciri fotodiod

(1) ciri volt-ampere

Ia merujuk kepada hubungan antara arus foto pada fotodiod dan voltan yang dikenakan padanya.

(2) Ciri-ciri pencahayaan

Ia merujuk kepada hubungan antara fluks bercahaya dan arus foto apabila voltan fotodiod antara katod dan anod adalah malar. Kecerunan lengkung ciri cahaya dipanggil kepekaan fotodiod.

(3) Ciri-ciri spektrum

Hubungan antara arus foto dan panjang gelombang cahaya kejadian dipanggil sifat spektrum. Tenaga foton berkaitan dengan panjang gelombang cahaya: semakin panjang gelombang, semakin kecil tenaga foton; Semakin pendek panjang gelombang, semakin bertenaga foton.

3. Fungsi fotodiod

(1) Kawalan cahaya

Fotodiod boleh digunakan sebagai suis fotoelektrik, dan litarnya ditunjukkan dalam rajah berikut. Apabila tiada cahaya, fotodiod VD1 terputus kerana voltan terbalik. Transistor VT1 dan VT2 juga terputus tanpa arus asas. Geganti berada dalam keadaan pelepasan.

Apabila cahaya dipancarkan pada VD1, ia beralih dari pemotongan kepada pengaliran. Akibatnya, VT1 dan VT2 dihidupkan berturut-turut, geganti K dilukis, dan litar kawalan dihidupkan.

(2) penerimaan isyarat optik

Fotodiod boleh digunakan untuk menerima isyarat cahaya. Gambar berikut menunjukkan isyarat optik yang menerima litar fotodiod penguatan. Isyarat cahaya diterima oleh fotodiod VD, dikuatkan oleh VT, dan output oleh kapasitor gandingan C.

4. Aplikasi fotodiod

(1) Sel foto

Fotosel pada asasnya adalah kawasan besar persimpangan PN. Apabila cahaya dipancarkan pada permukaan simpang PN, seperti permukaan P-region, setiap foton dalam P-region menghasilkan pasangan lubang elektron bebas jika tenaga foton lebih besar daripada lebar jalur celah jalur bahan semikonduktor.

Pasangan lubang elektron dengan pantas meresap ke dalam dan membentuk daya gerak elektrik yang berkaitan dengan keamatan cahaya di bawah medan elektrik simpang. Pada masa ini, jika kita menggunakannya sebagai bekalan kuasa dan menyambungkannya ke litar luaran, selagi ada cahaya, ia akan terus membekalkan kuasa, iaitu fotosel. Dalam erti kata lain, fotosel ialah peranti fotoelektrik simpang PN tanpa voltan pincang. Ia secara langsung boleh menukar tenaga cahaya kepada elektrik.

(2) Sel suria

Sel suria ialah peranti semikonduktor. Apabila cahaya matahari mengenai semikonduktor, sebahagian daripadanya dipantulkan dan selebihnya diserap atau menembusi semikonduktor. Sebahagian daripada cahaya yang diserap menjadi haba, manakala foton lain berlanggar dengan elektron valens yang membentuk semikonduktor, mewujudkan pasangan lubang elektron. Dengan cara ini, tenaga cahaya ditukar kepada elektrik.

Oleh itu, selepas cahaya matahari disinari, kedua-dua hujung sel suria akan menjana voltan DC, dengan itu menukar tenaga cahaya matahari terus kepada arus DC. Jika kita pateri logam membawa kepada lapisan P dan N dan menyambung beban, arus akan mengalir melalui litar luaran.

Dengan cara ini, jika kita menyambungkan siri fotosel secara selari, voltan dan arus tertentu boleh dijana kepada kuasa output.

(3) sistem pencahayaan fotovoltaik

Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik ialah sistem penjanaan kuasa yang menggunakan sel solar untuk menukar tenaga solar kepada elektrik. Ia menggunakan kesan fotovoltaik.

Komponen utama ialah sel suria, bateri, pengawal, dan penyongsang. Kebolehpercayaan yang tinggi, hayat perkhidmatan yang panjang, tiada pencemaran, penjanaan kuasa bebas, operasi bersambung grid fotodiod.

Oleh kerana mod fotovoltaik fotodiod banyak dipengaruhi oleh faktor persekitaran luaran seperti cahaya dan suhu, titik operasi berubah dengan cepat. Terdapat sistem penjanaan kuasa bebas dan sistem penjanaan kuasa bersambung grid.

① Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bebas

Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bebas ialah kaedah penjanaan kuasa yang tidak disambungkan ke grid. Ia memerlukan bateri untuk menyimpan tenaga untuk malam. Penjanaan kuasa fotovoltaik suria bebas digunakan terutamanya di kampung dan rumah terpencil

Gambar rajah struktur sistem penjanaan volt

② sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bersambung grid

Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik bersambung grid disambungkan ke grid nasional untuk membekalkan kuasa kepada grid. Ia tidak memerlukan bateri. Sistem penjanaan kuasa fotovoltaik kediaman kebanyakannya berada di dalam rumah. Ia juga digunakan dalam kemudahan awam, sistem pencahayaan landskap malam, dan ladang solar.

(4) Aplikasi lain fotodiod ialah:

•Diod foto digunakan sebagai penderia cahaya. Oleh kerana arus di dalamnya adalah berkadar dengan keamatan cahaya, ia juga digunakan untuk mengukur keamatan cahaya.

•Fotodiod dalam pengesan asap boleh digunakan untuk mengesan asap dan api.

•Fotodiod dan LED digabungkan untuk membuat pengasing optik dan pengganding optik

•Digunakan sebagai sel solar dalam panel solar

•Digunakan untuk pengimbas kod bar, pengecaman aksara

•Untuk sistem pengesanan halangan,

•Boleh digunakan sebagai kehadiran halaman dan kaunter halaman dalam pencetak

•Untuk pengesanan kedekatan, oksimeter

•Ia juga digunakan untuk pengekod optik dan penyahkod

•Penghantaran maklumat optik, berdasarkan komunikasi gentian optik

•Penderia kedudukan

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.