Fotodiode
En fotodiode er en modtager af optisk stråling [1] , som omdanner det lys , der rammer dets lysfølsomme område, til en elektrisk ladning på grund af processer i pn-overgangen .
Fotodiode , hvis drift er baseret på den fotovoltaiske effekt (adskillelse af elektroner og huller i p- og n-regionerne, på grund af hvilken ladning og emk dannes ), kaldes en solcelle . Udover pn-fotodioder findes der også pin-fotodioder, hvori der er et lag af udopet halvleder i mellem lagene p og n . pn- og pin-fotodioder konverterer kun lys til elektrisk strøm, men forstærker det ikke, i modsætning til lavinefotodioder og fototransistorer .
Beskrivelse
Funktionsprincip:
Når de udsættes for strålingskvanter i basen, dannes der frie bærere, som skynder sig til grænsen af pn-krydset. Basisbredden (n-region) er lavet sådan, at hullerne ikke når at rekombinere, før de flyttes til p-regionen. Strømmen af fotodioden bestemmes af strømmen af minoritetsbærere - driftstrømmen. Fotodiodens hastighed bestemmes af hastigheden af adskillelse af bærere af feltet af pn-forbindelsen og kapacitansen af pn-forbindelsen C p-n
Fotodioden kan fungere i to tilstande:
- solcelle - uden ekstern spænding
- fotodiode - med ekstern omvendt spænding
Ejendommeligheder:
- enkelhed i fremstillingsteknologi og struktur
- kombination af høj lysfølsomhed og hastighed
- lav basismodstand
- lille inerti
Parametre og karakteristika for fotodioder
Muligheder:
- følsomhed afspejler ændringen i den elektriske tilstand ved udgangen af fotodioden, når et enkelt optisk signal påføres indgangen. Følsomhed måles kvantitativt ved forholdet mellem ændringen i den elektriske karakteristik taget ved udgangen af fotodetektoren og lysfluxen eller strålingsfluxen, der forårsagede den. ; - strømfølsomhed ved lysstrøm ; — voltaisk følsomhed ved energiflow
- lyde ud over det nyttige signal vises et kaotisk signal med en tilfældig amplitude og spektrum ved udgangen af fotodioden - fotodiodestøj. Det tillader ikke registrering af vilkårligt små nyttige signaler. Fotodiodestøj er summen af halvledermaterialestøj og fotonstøj.
Egenskaber:
- strøm-spændingskarakteristik (VAC) afhængighed af udgangsspændingen af indgangsstrømmen.
- spektrale egenskaber fotostrømmens afhængighed af bølgelængden af det indfaldende lys på fotodioden. Det bestemmes fra siden af lange bølgelængder af bredden af den forbudte zone , ved små bølgelængder af et stort absorptionsindeks og en stigning i påvirkningen af overfladerekombination af ladningsbærere med et fald i bølgelængden af lyskvanter. Det vil sige, at grænsen for kortbølgelængdefølsomhed afhænger af tykkelsen af basen og af hastigheden af overfladerekombination. Positionen af maksimum i fotodiodens spektralkarakteristik afhænger stærkt af graden af stigning i absorptionskoefficienten.
- lysegenskaber fotostrømmens afhængighed af belysningen svarer til fotostrømmens direkte proportionalitet af belysningen. Dette skyldes det faktum, at tykkelsen af bunden af fotodioden er meget mindre end diffusionslængden af minoritetsladningsbærerne. Det vil sige, at næsten alle minoritetsladningsbærere, der er opstået i basen, deltager i dannelsen af en fotostrøm.
- tidskonstant dette er den tid, i hvilken fotodiodens fotostrøm ændres efter belysning eller efter mørklægning af fotodioden e gange (63%) i forhold til steady-state værdien.
- mørk modstand fotodiodens modstand i fravær af belysning.
- inerti
Klassifikation
- pin fotodiode
- I stiftstrukturen er det midterste i-område indesluttet mellem to områder med modsat ledningsevne. Ved en tilstrækkelig høj spænding gennemtrænger den i-regionen, og frie bærere, som dukkede op på grund af fotoner under bestråling, accelereres af det elektriske felt af pn-kryds. Dette giver en gevinst i hastighed og følsomhed. Forøgelsen af hastigheden i en stiftfotodiode skyldes, at diffusionsprocessen erstattes af en drift af elektriske ladninger i et stærkt elektrisk felt. Allerede ved U arr ≈ 0,1 V har pin-fotodioden en fordel i hastighed.
- Schottky fotodiode ( Schottky barriere fotodiode ) Metal-halvleder struktur. Når strukturen er dannet, vil nogle af elektronerne passere fra metallet til p-type halvlederen.
- Lavine fotodiode
- Strukturen bruger lavinenedbrydning . Det opstår, når energien af fotobærere overstiger energien til dannelse af elektron-hul-par. Meget følsom. Der er en lavinemultiplikationsfaktor til evaluering : For at implementere lavinemultiplikation skal to betingelser være opfyldt: 1) Det elektriske felt i rumladningsområdet skal være stort nok til, at elektronen kan få energi over den gennemsnitlige frie vej, der er større end båndgabet: 2) Bredden af rumladningsområdet skal være væsentligt større end den gennemsnitlige frie vej: Værdien af den interne forstærkning er M = 10–100 afhængigt af typen af fotodioder.
- Fotodiode med heterostruktur En heterojunction er et lag, der vises ved grænsefladen mellem to halvledere med forskellige båndgab. Et p+ lag spiller rollen som et "modtagevindue". Afgifter genereres i det centrale område. Ved at vælge halvledere med forskellige båndgab kan hele bølgelængdeområdet dækkes. Ulempen er kompleksiteten i fremstillingen.
Se også
Noter
- ↑ Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
| Halvleder dioder | ||
|---|---|---|
| Efter aftale | ||
| LED'er | ||
| Udbedring | ||
| Generator dioder | ||
| Referencespændingskilder | ||
| Andet | ||
| se også |
| |