Fotodioda

Fotodioda je přijímač optického záření [1] , který přeměňuje světlo dopadající na její fotocitlivou oblast na elektrický náboj v důsledku procesů v pn přechodu .

Fotodioda , jejíž činnost je založena na fotovoltaickém jevu (oddělení elektronů a děr v p- a n-oblasti, díky čemuž se tvoří náboj a emf ), se nazývá solární článek . Kromě pn fotodiod existují ještě kolíkové fotodiody, ve kterých je mezi vrstvami p a n vrstva nedopovaného polovodiče i. pn a pinové fotodiody pouze přeměňují světlo na elektrický proud, ale nezesilují jej, na rozdíl od lavinových fotodiod a fototranzistorů .

Popis

Princip fungování:

Při vystavení kvantům záření v bázi se generují volné nosiče, které spěchají na hranici pn přechodu. Šířka základny (n-oblast) je vytvořena tak, že otvory nemají čas na rekombinaci před přesunem do p-oblasti. Proud fotodiody je určen proudem menšinových nosičů - driftovým proudem. Rychlost fotodiody je dána rychlostí oddělení nosičů polem pn přechodu a kapacitou pn přechodu C p-n

Fotodioda může pracovat ve dvou režimech:

fotovoltaické - bez vnějšího napětí
fotodioda - s externím zpětným napětím

Zvláštnosti:

jednoduchost výrobní technologie a konstrukce
kombinace vysoké fotosenzitivity a rychlosti
nízký odpor základny
malá setrvačnost

Parametry a charakteristiky fotodiod

Možnosti:

citlivost odráží změnu elektrického stavu na výstupu fotodiody, když je na vstup přiveden jediný optický signál. Citlivost je kvantitativně měřena poměrem změny elektrické charakteristiky odebrané na výstupu fotodetektoru k světelnému toku nebo toku záření, který ji způsobil. $S_{{i,{\Phi _{v))))={\frac {I_{\Phi }}{\Phi _{v}}}$ ; - proudová citlivost podle světelného toku $S_{{i,{E_{v))))={\frac {I_{\Phi }}{E_{v}}}$ $S_{{u,{\Phi _{e}}}}={\frac {U_{\Phi }}{\Phi _{e}}}$ ; — voltaická citlivost tokem energie $S_{{i,{E_{e}}}}={\frac {U_{\Phi }}{E_{e}}}$
zvuky kromě užitečného signálu se na výstupu fotodiody objevuje chaotický signál s náhodnou amplitudou a spektrem - fotodiodový šum. Neumožňuje registrovat libovolně malé užitečné signály. Šum fotodiody je součtem šumu polovodičového materiálu a fotonového šumu.

Vlastnosti:

charakteristika proud-napětí (VAC) závislost výstupního napětí na vstupním proudu. $U_{\Phi }=f(I_{\Phi })$
spektrální charakteristiky závislost fotoproudu na vlnové délce dopadajícího světla na fotodiodu. Je určen ze strany dlouhých vlnových délek šířkou zakázané zóny , na malých vlnových délkách velkým indexem absorpce a zvýšením vlivu povrchové rekombinace nosičů náboje se snížením vlnové délky světelných kvant. To znamená, že limit krátkovlnné citlivosti závisí na tloušťce báze a na rychlosti povrchové rekombinace. Poloha maxima ve spektrální charakteristice fotodiody silně závisí na míře zvýšení absorpčního koeficientu.
světelné vlastnosti závislost fotoproudu na osvětlení odpovídá přímé úměrnosti fotoproudu na osvětlení. To je způsobeno skutečností, že tloušťka základny fotodiody je mnohem menší než difúzní délka menšinových nosičů náboje. To znamená, že na tvorbě fotoproudu se podílejí téměř všechny menšinové nosiče náboje, které vznikly v bázi.
časová konstanta to je doba, za kterou se fotoproud fotodiody změní po nasvícení nebo po ztmavení fotodiody e krát (63 %) vzhledem k hodnotě ustáleného stavu.
temný odpor odpor fotodiody při nepřítomnosti osvětlení.
setrvačnost

Klasifikace

kolíková fotodioda

Ve struktuře kolíku je střední i-oblast uzavřena mezi dvěma oblastmi s opačnou vodivostí. Při dostatečně vysokém napětí prostupuje i-oblast a volné nosiče, které se objevily vlivem fotonů při ozařování, jsou urychlovány elektrickým polem pn přechodů. Tím se zvyšuje rychlost a citlivost. Zvýšení rychlosti u kolíkové fotodiody je způsobeno tím, že proces difúze je nahrazen driftem elektrických nábojů v silném elektrickém poli. Již při U arr ≈ 0,1 V má kolíková fotodioda výhodu v rychlosti.

výhody: 1) je možné zajistit citlivost v dlouhovlnné části spektra změnou šířky i-oblasti. 2) vysoká citlivost a rychlá odezva 3) nízké provozní napětí U slave nedostatky: obtížnost získání vysoké čistoty i-regionu

Schottkyho fotodioda ( Schottkyho bariérová fotodioda ) Kov-polovodičová struktura. Když se struktura vytvoří, část elektronů přejde z kovu do polovodiče typu p.
Lavinová fotodioda

Konstrukce využívá lavinový rozpad . Nastává, když energie fotonosičů převyšuje energii tvorby párů elektron-díra. Velmi citlivý. Pro hodnocení existuje multiplikační faktor laviny : $M={\frac {I_{\Phi }}{I_{{\Phi _{0}}}}}$ $M={\frac {1}{1-\left({\frac {U}{U_{{pr))))\right)^{m))}$ Pro implementaci lavinového násobení musí být splněny dvě podmínky: 1) Elektrické pole oblasti prostorového náboje musí být dostatečně velké, aby elektron získal energii přes střední volnou dráhu větší než je zakázaný pás: $q\lambda ={\frac {3I_{g}}{2}}$ 2) Šířka oblasti prostorového náboje musí být výrazně větší než střední volná dráha: $W>>\lambda$ Hodnota vnitřního zisku je M = 10–100 podle typu fotodiod.
Fotodioda s heterostrukturou Heteropřechod je vrstva, která se objevuje na rozhraní mezi dvěma polovodiči s rozdílným zakázaným pásmem. Jedna vrstva p+ hraje roli „přijímacího okna“. Poplatky se generují v centrální oblasti. Výběrem polovodičů s různými mezerami v pásmu lze pokrýt celý rozsah vlnových délek. Nevýhodou je složitost výroby.

Viz také

Poznámky

↑ Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.

Polovodičové diody
Po domluvě	LED diody Fotodiody Polovodičové lasery Oprava Puls vysoká frekvence Mikrovlnná trouba zenerovy diody
LED diody	Superluminiscenční dioda organické LED Modrá LED Bílá LED
Oprava	selenový usměrňovač Usměrňovač oxidu mědi
Generátorové diody	Lavinová dioda tunelová dioda Gunnova dioda
Zdroje referenčního napětí	Zenerova dioda Se skrytou strukturou Lavinová dioda Stabistor
jiný	Schottkyho dioda obrácená dioda pin dioda Fotodioda Lavinová fotodioda Fotomatice Varicap Varactor Magnetodioda Bodová dioda
viz také	lambda dioda Krystalový detektor Diodový můstek pn -přechod