Fotodiod
En fotodiod är en mottagare av optisk strålning [1] , som omvandlar ljuset som träffar dess ljuskänsliga område till en elektrisk laddning på grund av processer i pn-övergången .
Fotodiod , vars funktion är baserad på den fotovoltaiska effekten (separering av elektroner och hål i p- och n-regionerna, på grund av vilken laddning och emk bildas ), kallas en solcell . Förutom pn-fotodioder finns det även stiftfotodioder där det finns ett skikt av odopad halvledare i mellan skikten p och n . pn- och pin-fotodioder omvandlar bara ljus till elektrisk ström, men förstärker det inte, till skillnad från lavinfotodioder och fototransistorer .
Beskrivning
Funktionsprincip:
När de utsätts för strålningskvanter i basen genereras fria bärare, som rusar till gränsen för pn-övergången. Basbredden (n-regionen) är gjord så att hålen inte hinner kombineras igen innan de flyttas till p-regionen. Strömmen hos fotodioden bestäms av strömmen av minoritetsbärare - driftströmmen. Fotodiodens hastighet bestäms av hastigheten för separation av bärare av fältet för pn-övergången och kapacitansen för pn-övergången C p-n
Fotodioden kan fungera i två lägen:
- solceller - utan extern spänning
- fotodiod - med extern backspänning
Egenheter:
- enkelheten i tillverkningsteknik och struktur
- kombination av hög ljuskänslighet och hastighet
- lågt basmotstånd
- liten tröghet
Parametrar och egenskaper för fotodioder
Alternativ:
- känslighet reflekterar förändringen i det elektriska tillståndet vid fotodiodens utgång när en enda optisk signal tillförs ingången. Känslighet mäts kvantitativt genom förhållandet mellan förändringen i den elektriska karakteristiken som tas vid utgången av fotodetektorn och ljusflödet eller strålningsflödet som orsakade det. ; - Strömkänslighet genom ljusflöde ; — Voltaisk känslighet genom energiflöde
- ljud förutom den användbara signalen uppträder en kaotisk signal med en slumpmässig amplitud och spektrum vid utgången av fotodioden - fotodiodbrus. Det tillåter inte registrering av godtyckligt små användbara signaler. Fotodiodbrus är summan av brus från halvledarmaterial och fotonbrus.
Egenskaper:
- ström-spänningskarakteristik (VAC) utgångsspänningens beroende av inströmmen.
- spektrala egenskaper fotoströmmens beroende av våglängden hos det infallande ljuset på fotodioden. Det bestäms från sidan av långa våglängder av bredden på den förbjudna zonen , vid små våglängder av ett stort absorptionsindex och en ökning av inverkan av ytrekombination av laddningsbärare med en minskning av våglängden för ljuskvanta. Det vill säga, gränsen för kortvåglängdskänslighet beror på basens tjocklek och på hastigheten för ytrekombination. Placeringen av maximum i fotodiodens spektralkarakteristik beror starkt på graden av ökning av absorptionskoefficienten.
- ljusegenskaper fotoströmmens beroende av belysningen motsvarar fotoströmmens direkta proportionalitet av belysningen. Detta beror på det faktum att tjockleken på fotodiodens bas är mycket mindre än diffusionslängden för minoritetsladdningsbärarna. Det vill säga nästan alla minoritetsladdningsbärare som har uppstått i basen deltar i bildandet av en fotoström.
- Tidskonstant detta är den tid under vilken fotodiodens fotoström ändras efter belysning eller efter mörkläggning av fotodioden med e gånger (63 %) med avseende på steady-state-värdet.
- mörkt motstånd fotodiodens motstånd i frånvaro av belysning.
- tröghet
Klassificering
- stift fotodiod
- I stiftstrukturen är den mellersta i-regionen innesluten mellan två områden med motsatt konduktivitet. Vid en tillräckligt hög spänning genomsyrar den i-regionen, och fria bärare, som uppträdde på grund av fotoner under bestrålning, accelereras av det elektriska fältet i pn-övergångar. Detta ger en vinst i hastighet och känslighet. Hastighetsökningen i en stiftfotodiod beror på att diffusionsprocessen ersätts av en drift av elektriska laddningar i ett starkt elektriskt fält. Redan vid U arr ≈ 0,1 V har stiftfotodioden en fördel i hastighet.
- Schottky fotodiod ( Schottky barriär fotodiod ) Metall-halvledarstruktur. När strukturen bildas kommer en del av elektronerna att passera från metallen till halvledaren av p-typ.
- Lavinfotodiod
- Strukturen använder lavinnedbrytning . Det uppstår när energin hos fotobärare överstiger energin för bildandet av elektron-hålspar. Väldigt känslig. Det finns en lavinmultiplikationsfaktor för utvärdering : För att implementera lavinmultiplikation måste två villkor vara uppfyllda: 1) Det elektriska fältet i rymdladdningsområdet måste vara tillräckligt stort för att elektronen ska få energi över medelvägen som är större än bandgapet: 2) Bredden på rymdladdningsområdet måste vara betydligt större än den genomsnittliga fria vägen: Värdet på den interna förstärkningen är M = 10–100 beroende på typen av fotodioder.
- Fotodiod med heterostruktur En heterojunction är ett lager som uppträder i gränssnittet mellan två halvledare med olika bandgap. Ett p+ lager spelar rollen som ett "mottagningsfönster". Avgifter genereras i det centrala området. Genom att välja halvledare med olika bandgap kan hela våglängdsområdet täckas. Nackdelen är komplexiteten i tillverkningen.
Se även
Anteckningar
- ↑ Stora sovjetiska encyklopedin : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
| Halvledardioder | ||
|---|---|---|
| Enligt överenskommelse | ||
| lysdioder | ||
| Rättande | ||
| Generatordioder | ||
| Referensspänningskällor | ||
| Övrig | ||
| se även |
| |