Vad är en fotodiod? (Del 2)

Följande problem kan lösas genom att användaFotodiodeller fototransistor. Till exempel behöver telefonkameran mäta det omgivande ljuset för att avgöra om blixten behöver aktiveras. Hur man noninvasivt bedömer syrenivåerna i blodet? Dessa optoelektroniska enheter omvandlar ljus (fotoner) till elektriska signaler som en mikroprocessor (eller mikrokontroller) kan "se". På så sätt är det möjligt att styra placeringen och arrangemanget av föremål, bestämma ljusintensiteten och mäta materialets fysiska egenskaper utifrån dess interaktion med ljuset.

Låt oss nu prata om den andra delen.

1. Fotodiodstruktur

Ett av nyckelkraven för en fotodiod är ett lämpligt område för uppsamling av ljus. Inom en vanlig PN-övergång är denna relativt liten, men arean kan ökas genom att använda en PIN-diod. Eftersom den inneboende regionen finns i den aktiva förbindelsen som används för ljusinsamling, är regionen som används för ljusinsamling mycket större, vilket gör PIN-fotodioden mer effektiv.

I fotodiodtillverkningsprocessen infogas tjocka inre skikt mellan skikten av P-typ och N-typ. Det mellanliggande egenskiktet kan vara helt eget eller mycket lätt dopat för att göra det till ett N-lager. I vissa fall kan det odlas på substratet som ett epitaxiellt skikt, eller så kan det finnas i själva substratet.

P plus diffusionsskiktet kan utvecklas på ett kraftigt dopat epitaxiellt skikt av N-typ. Kontakten är gjord av metalldesign och kan göras till två terminaler såsom en anod och katod. Den främre delen av dioden kan delas in i två typer, såsom aktiv yta och passiv yta.

Utformningen av den inaktiva ytan kan göras med kiseldioxid (SiO2). På en aktiv yta kan ljus lysa på den, medan på en inaktiv yta kan ljus inte lysa. Genom att täcka den aktiva ytan med ett antireflekterande material går ljusets energi inte förlorad, och det maximala kan omvandlas till en elektrisk ström.

Ett av huvudkraven för en fotodiod är att säkerställa att den maximala mängden ljus når det inneboende lagret. Ett av de mest effektiva sätten att uppnå detta är att placera de elektriska kontakterna på sidan av enheten, som visas på bilden. Detta tillåter maximal mängd ljus att nå den effektiva regionen. Det har visat sig att eftersom substratet är kraftigt dopat finns det nästan ingen ljusförlust eftersom detta inte är ett aktivt område.

Eftersom ljus för det mesta absorberas på ett visst avstånd, matchar tjockleken på det inneboende lagret vanligtvis detta. Varje ökning över denna tjocklek kommer att minska arbetshastigheten - en viktig faktor i många applikationer - och kommer inte att öka effektiviteten nämnvärt.

Ljus kan också komma in i fotodioden från ena sidan av korsningen. Genom att manövrera fotodioden på detta sätt kan färre inre skikt göras för att öka drifthastigheten, om än med minskad effektivitet.

I vissa fall kan heterojunctions användas. Denna form av konstruktion har den extra flexibiliteten att ta emot ljus från underlaget och har ett större energigap, vilket gör det transparent för ljus.

Som en mindre standardprocess är den dyrare att implementera och tenderar därför att användas för mer specialiserade produkter.

2. Fotodiodens egenskaper

(1) volt-ampere egenskaper

Det hänvisar till förhållandet mellan fotoströmmen på fotodioden och spänningen som appliceras på den.

(2) Ljusegenskaper

Det hänvisar till förhållandet mellan ljusflöde och fotoström när fotodiodspänningen mellan katoden och anoden är konstant. Lutningen på den ljuskarakteristiska kurvan kallas fotodiodkänslighet.

(3) Spektrala egenskaper

Förhållandet mellan fotoströmmen och våglängden för det infallande ljuset kallas spektrala egenskapen. Fotonenergin är relaterad till ljusets våglängd: ju längre våglängd, desto mindre fotonenergi; Ju kortare våglängd, desto mer energisk fotonen.

3. Funktion av fotodiod

(1) Ljuskontroll

Fotodioden kan användas som en fotoelektrisk omkopplare, och dess krets visas i följande figur. När det inte finns något ljus stängs fotodioden VD1 av på grund av omvänd spänning. Transistorerna VT1 och VT2 är också avstängda utan basström. Reläet är i utlösningstillstånd.

När ljus sänds ut på VD1 övergår det från cutoff till ledning. Som ett resultat slås VT1 och VT2 på successivt, relä K drar och styrkretsen slås på.

(2) optisk signalmottagning

Fotodioder kan användas för att ta emot ljussignaler. Följande bild visar den optiska signalmottagande förstärkningsfotodiodkretsen. Ljussignalen tas emot av fotodioden VD, förstärks av VT och matas ut av kopplingskondensatorn C.

4. Fotodiodapplikationer

(1) Fotocell

Fotocellen är väsentligen ett stort område av PN-övergången. När ljus emitteras på en PN-övergångsyta, såsom P-regionens yta, producerar varje foton i P-regionen ett fritt elektron-hålpar om fotonenergin är större än bandgapets bandbredd för halvledarmaterialet.

Elektron-hål-paret diffunderar snabbt inåt och bildar en elektromotorisk kraft relaterad till ljusintensiteten under det elektriska fältet. För närvarande, om vi använder den som en strömkälla och ansluter den till en extern krets, så länge det finns ljus, kommer den att fortsätta att leverera ström, vilket är en fotocell. Med andra ord är fotocellen en PN-övergångsfotoelektrisk anordning utan förspänning. Den kan direkt omvandla ljusenergi till elektricitet.

(2) Solceller

En solcell är en halvledarenhet. När solljus träffar en halvledare reflekteras en del av det och resten absorberas eller penetrerar halvledaren. En del av det absorberade ljuset blir värme, medan andra fotoner kolliderar med valenselektronerna som utgör halvledaren och skapar elektron-hålpar. På så sätt omvandlas ljusenergi till elektricitet.

Därför, efter att solljuset har bestrålats, kommer de två ändarna av solcellen att generera likspänning och därigenom omvandla solljusenergin direkt till likström. Om vi ​​löder metallledningarna till P- och N-lagren och ansluter belastningen kommer strömmen att flyta genom den externa kretsen.

På så sätt, om vi kopplar serien av fotoceller parallellt, kan en viss spänning och ström genereras för uteffekt.

(3) solcellsbelysningssystem

Ett solenergisystem är ett kraftgenereringssystem som använder solceller för att omvandla solenergi till elektricitet. Den använder solcellseffekten.

Huvudkomponenterna är solceller, batterier, styrenheter och växelriktare. Hög tillförlitlighet, lång livslängd, ingen förorening, oberoende kraftgenerering, fotodiodnätansluten drift.

Eftersom fotodiodens fotovoltaiska läge i hög grad påverkas av yttre miljöfaktorer som ljus och temperatur, ändras arbetspunkten snabbt. Det finns oberoende kraftgenereringssystem och nätanslutna kraftgenereringssystem.

① Oberoende fotovoltaiskt kraftgenereringssystem

Ett oberoende fotovoltaiskt kraftgenereringssystem är en kraftgenereringsmetod som inte är ansluten till nätet. Den behöver batterier för att lagra energi för natten. Oberoende solenergiproduktion används främst i avlägsna byar och hem

Strukturdiagram över det voltgenererande systemet

② nätanslutet solcellsenergisystem

Nätanslutna solcellsanläggningar är anslutna till det nationella nätet för att försörja elnätet. Den behöver inga batterier. Solcellsanläggningar för bostäder finns oftast i hemmet. De används också i allmännyttiga tjänster, nattlandskapsbelysningssystem och solgårdar.

(4) Andra tillämpningar av fotodioder är:

•En fotodiod används som ljussensor. Eftersom strömmen i den är proportionell mot ljusets intensitet, används den också för att mäta ljusets intensitet.

•Fotodioder i rökdetektorer kan användas för att känna av rök och eld.

•Fotodioder och lysdioder kombineras för att göra optiska isolatorer och optiska kopplare

•Används som solcell i solpaneler

•Används för streckkodsläsare, teckenigenkänning

•För system för upptäckt av hinder,

•Kan användas som sidnärvaro och sidräknare i skrivare

•För närhetsdetektering, en oximeter

•Den används även för optiska omkodare och avkodare

•Optisk informationsöverföring, baserad på optisk fiberkommunikation

•Positionssensor

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.