Fotodióda

Fotodióda je polovodičový prvok - dióda - určený predovšetkým pre detekciu zmien svetla a premenu svetla na elektrický prúd/napätie.

Fotodiódy môžu obsahovať optické filtre, zabudované šošovky a môžu mať veľké alebo malé povrchy. Fotodiódy so zvyšovaním plochy majú zvyčajne pomalší čas odozvy. Bežná, tradičná solárna bunka používaná na výrobu elektrickej solárnej energie je veľkoplošná fotodióda.

Fotodiódy sú podobné bežným polovodičovým diódam s tým rozdielom, že môžu byť buď exponované (na detekciu vákuových UV alebo röntgenových lúčov) alebo sú zabalené s okienkom alebo optickým vláknom, aby umožnili svetlu dosiahnuť citlivú časť zariadenia. Mnohé diódy špecifický určené na použitie ako fotodióda používajú namiesto p-n spojenia spojenie PIN, aby sa zvýšila rýchlosť odozvy. Fotodióda je konštruovaná tak, aby fungovala zapojená v opačnom smere, kladne napätie sa pripája na katódu.

Princíp fungovania

Fotodióda je p-n spojenia alebo PIN štruktúra. Keď fotón s dostatočnou energiou zasiahne diódu, vytvorí sa pár elektrón - diera. Tento mechanizmus je tiež známy ako vnútorný fotoelektrický efekt. Ak absorpcia nastane v oblasti vyčerpania spojenia alebo v jednej difúznej dĺžke od nej, tieto nosiče sú unesené zo spojenia prostredníctvom zabudovaného elektrického poľa oblasti vyčerpania. Diery sa teda pohybujú smerom k anóde a elektróny smerujú ku katóde a vytvára sa fotoelektrický prúd. Celkový prúd cez fotodiódu je súčet tmavého prúdu (prúd, ktorý sa generuje pri absencii svetla) a svetelného prúdu, takže tmavý prúd musí byť minimalizovaný, aby sa maximalizovala citlivosť zariadenia.

Fotovoltaický režim

Pri použití v režime s nulovým napätím v obvode alebo fotovoltaickým režimom, je tok fotovoltaického prúdu zo zariadenia obmedzený a vzniká napätie. Tento režim využíva fotovoltaický efekt, ktorý je základom solárnych článkov - tradičná solárna jednotka je len fotodióda veľkého priestoru.

Fotovodivý režim

V tomto režime je dióda často zapojená v opačnom smere (s kladnou katódou vzhľadom na anódu). Tým sa skracuje čas odozvy, pretože dodatočné opačné napätie zvyšuje šírku vyčerpávajúcej vrstvy, čo znižuje kapacitu spojky. Zapojenie v opačnom smere taktiež zvyšuje tmavý prúd bez veľkej zmeny fotoelektrického prúdu. Pre danú spektrálnu distribúciu je fotoelektrický prúdu lineárne úmerný osvetleniu (a ožiareniu).

Aj keď je tento režim rýchlejší, fotovodivý režim má tendenciu vykazovať väčší elektronický šum. Unikový prúd dobrej PIN diódy je tak nízky (<1 nA), že v bežnom obvode často dominuje Johnson-Nyquistov šum zaťaženia.

Príprava

bežné mikroelektronické postupy
MESA leptanie, prstencový kontakt

Varianty

PIN
lavínová fotodióda
plošné senzory (CCD)
fotovoltaický článok
kvantové štruktúry

Materiály a ich vlastnosti

kremík
kompozitné polovodiče

Problémy

prúd za tmy
rýchlosť vs. predpätie
účinnosť absorpcie
sériový odpor
plocha/citlivosť/nevýhody
šum

Použitie

telekomunikácie
priemyselné senzory
prijímače infračerveného diaľkového ovládania v spotrebnej elektronike
optočleny
CD/DVD, kamery

Pozri aj

Externé odkazy

https://www.youtube.com/watch?v=yMmXHg0hRok

Iné projekty

Commons ponúka multimediálne súbory na tému Fotodióda

Tento článok týkajúci sa elektroniky je zatiaľ „výhonok“. Pomôž Wikipédii tým, že ho doplníš a rozšíriš.