Fotodiodă

O fotodiodă este un receptor de radiație optică [1] , care transformă lumina care lovește zona fotosensibilă a acesteia într- o sarcină electrică datorită proceselor din joncțiunea pn .

Fotodioda , a cărei funcționare se bazează pe efectul fotovoltaic (separarea electronilor și a găurilor în regiunile p și n, datorită cărora se formează sarcina și fem ), se numește celulă solară . Pe lângă fotodiodele pn, există și fotodiode pin în care există un strat de semiconductor i nedopat între straturile p și n . Fotodiodele pn și pin doar convertesc lumina în curent electric, dar nu o amplifică, spre deosebire de fotodiodele și fototranzistoarele de avalanșă .

Descriere

Principiul de funcționare:

Când sunt expuși la cuante de radiație din bază, sunt generați purtători liberi, care se grăbesc la limita joncțiunii pn. Lățimea bazei (regiunea n) este realizată astfel încât găurile să nu aibă timp să se recombine înainte de a se muta în regiunea p. Curentul fotodiodei este determinat de curentul purtătorilor minoritari - curentul de deriva. Viteza fotodiodei este determinată de viteza de separare a purtătorilor de câmpul joncțiunii pn și de capacitatea joncțiunii pn C p-n

Fotodioda poate funcționa în două moduri:

fotovoltaic - fără tensiune externă
fotodiodă - cu tensiune inversă externă

Particularitati:

simplitatea tehnologiei și structurii de fabricație
combinație de fotosensibilitate ridicată și viteză
rezistență de bază scăzută
mica inertie

Parametrii și caracteristicile fotodiodelor

Opțiuni:

sensibilitate reflectă schimbarea stării electrice la ieșirea fotodiodei atunci când la intrare este aplicat un singur semnal optic. Sensibilitatea este măsurată cantitativ prin raportul dintre modificarea caracteristicii electrice luate la ieșirea fotodetectorului și fluxul de lumină sau fluxul de radiație care a provocat-o. $S_{{i,{\Phi _{v))))={\frac {I_{\Phi }}{\Phi _{v}}}$ ; - sensibilitatea curentului prin flux luminos $S_{{i,{E_{v))))={\frac {I_{\Phi }}{E_{v}}}$ $S_{{u,{\Phi _{e}}}}={\frac {U_{\Phi }}{\Phi _{e}}}$ ; — sensibilitatea voltaică prin flux de energie $S_{{i,{E_{e}}}}={\frac {U_{\Phi }}{E_{e}}}$
zgomote pe lângă semnalul util, la ieșirea fotodiodei - zgomot fotodiodă apare un semnal haotic cu amplitudine și spectru aleatoriu. Nu permite înregistrarea unor semnale utile arbitrar mici. Zgomotul fotodiodei este suma zgomotului materialului semiconductor și a zgomotului fotonului.

Caracteristici:

caracteristica curent-tensiune (VAC) dependența tensiunii de ieșire de curentul de intrare. $U_{\Phi }=f(I_{\Phi })$
caracteristici spectrale dependența fotocurentului de lungimea de undă a luminii incidente pe fotodiodă. Este determinată din partea lungimilor de undă lungi de lățimea zonei interzise , la lungimi de undă mici de un indice mare de absorbție și o creștere a influenței recombinării de suprafață a purtătorilor de sarcină cu o scădere a lungimii de undă a cuantelor de lumină. Adică, limita de sensibilitate a lungimii de undă scurtă depinde de grosimea bazei și de rata de recombinare a suprafeței. Poziția maximului în caracteristica spectrală a fotodiodei depinde puternic de gradul de creștere a coeficientului de absorbție.
caracteristicile luminii dependența fotocurentului de iluminare corespunde proporționalității directe a fotocurentului de iluminare. Acest lucru se datorează faptului că grosimea bazei fotodiodei este mult mai mică decât lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritari. Adică, aproape toți purtătorii de sarcină minoritari care au apărut în bază iau parte la formarea unui fotocurent.
timpul constant acesta este timpul în care fotocurentul fotodiodei se modifică după iluminare sau după întunecarea fotodiodei de e ori (63%) în raport cu valoarea la starea staționară.
rezistență întunecată rezistența fotodiodei în absența iluminării.
inerţie

Clasificare

fotodioda pin

În structura pinului, regiunea i din mijloc este închisă între două regiuni de conductivitate opusa. La o tensiune suficient de mare, pătrunde în regiunea i, iar purtătorii liberi, care au apărut datorită fotonilor în timpul iradierii, sunt accelerați de câmpul electric al joncțiunilor pn. Acest lucru oferă un câștig în viteză și sensibilitate. Creșterea vitezei într-o fotodiodă pin se datorează faptului că procesul de difuziune este înlocuit cu o deriva de sarcini electrice într-un câmp electric puternic. Deja la U arr ≈ 0,1 V , fotodioda pin are un avantaj ca viteza.

Avantaje: 1) este posibil să se asigure sensibilitate în partea cu lungime de undă lungă a spectrului prin modificarea lățimii regiunii i. 2) sensibilitate ridicată și răspuns rapid 3) slave U cu tensiune joasă de funcționare Defecte: dificultatea de a obține o puritate ridicată a i-regiunii

Fotodiodă Schottky ( fotodiodă cu barieră Schottky ) Structura metal-semiconductor. Când structura este formată, unii dintre electroni vor trece de la metal la semiconductorul de tip p.
Fotodiodă de avalanșă

Structura folosește defalcarea avalanșelor . Apare atunci când energia fotopurtătorilor depășește energia de formare a perechilor electron-gaură. Foarte sensibil. Există un factor de multiplicare a avalanșei pentru evaluare : $M={\frac {I_{\Phi }}{I_{{\Phi _{0}}}}}$ $M={\frac {1}{1-\left({\frac {U}{U_{{pr))))\right)^{m))}$ Pentru a implementa multiplicarea avalanșelor, trebuie îndeplinite două condiții: 1) Câmpul electric al regiunii de încărcare spațială trebuie să fie suficient de mare pentru ca electronul să câștige energie pe calea liberă medie mai mare decât banda interzisă: $q\lambda ={\frac {3I_{g}}{2}}$ 2) Lățimea regiunii de încărcare a spațiului trebuie să fie semnificativ mai mare decât calea liberă medie: $W>>\lambda$ Valoarea câștigului intern este M = 10–100 în funcție de tipul de fotodiode.
Fotodiodă cu heterostructură O heterojuncție este un strat care apare la interfața dintre doi semiconductori cu benzi interzise diferite. Un strat p+ joacă rolul unei „ferestre de recepție”. Taxele sunt generate în zona centrală. Prin selectarea semiconductoarelor cu diferite benzi interzise, se poate acoperi întreaga gamă de lungimi de undă. Dezavantajul este complexitatea producției.

Vezi și

Note

↑ Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.

Diode semiconductoare
Prin programare	LED-uri Fotodiode Laserele semiconductoare Rectificarea Puls frecventa inalta Cuptor cu microunde diode zener
LED-uri	Diodă superluminiscentă LED organic LED albastru LED alb
Rectificarea	redresor cu seleniu Redresor cu oxid de cupru
Diode generatoare	Diodă de avalanșă dioda tunel Dioda Gunn
Surse de tensiune de referință	diodă Zener Cu structură ascunsă Diodă de avalanșă Stabistor
Alte	Dioda Schottky diodă inversată dioda pin Fotodiodă Fotodiodă de avalanșă Fotomatrice Varicap Varactor Magnetodioda Dioda de punct
Vezi si	dioda lambda Detector de cristale Pod de diode pn -tranzitie