Що таке фотодіод? (Частина 2)

Наступні проблеми можна вирішити за допомогоюФотодіодабо фототранзистор. Наприклад, камері телефону потрібно виміряти навколишнє освітлення, щоб визначити, чи потрібно активувати спалах. Як неінвазивно оцінити рівень кисню в крові? Ці оптоелектронні пристрої перетворюють світло (фотони) в електричні сигнали, які мікропроцесор (або мікроконтролер) може «бачити». Таким чином можна контролювати позиціонування та розташування об’єктів, визначати інтенсивність світла та вимірювати фізичні властивості матеріалу на основі його взаємодії зі світлом.

Тепер поговоримо про другу частину.

1. Структура фотодіода

Однією з ключових вимог до фотодіода є відповідна площа для збору світла. У стандартному PN-переході це відносно мало, але площа може бути збільшена за допомогою PIN-діода. Оскільки власна область міститься в активному переході, який використовується для збору світла, область, яка використовується для збору світла, набагато більша, що робить PIN-фотодіод більш ефективним.

У процесі виробництва фотодіода товсті внутрішні шари вставляються між шарами P-типу та N-типу. Проміжний власний шар може бути повністю власним або дуже слабо легованим, щоб зробити його N-шар. У деяких випадках він може бути вирощений на підкладці як епітаксіальний шар, або він може міститися в самій підкладці.

Дифузійний шар P plus може бути створений на сильно легованому епітаксіальному шарі N-типу. Контакт виготовлено з металевої конструкції та може бути виконано у вигляді двох клем, таких як анод і катод. Передню частину діода можна розділити на два типи, такі як активна поверхня та пасивна поверхня.

Оформлення неактивної поверхні може бути виконано діоксидом кремнію (SiO2). На активній поверхні світло може світити, тоді як на неактивній поверхні світло не може світити. Покриваючи активну поверхню антибліковим матеріалом, енергія світла не втрачається, а максимум може бути перетворений в електричний струм.

Однією з головних вимог до фотодіода є забезпечення того, щоб максимальна кількість світла досягала внутрішнього шару. Одним із найефективніших способів досягти цього є розміщення електричних контактів збоку пристрою, як показано на зображенні. Це дозволяє максимальній кількості світла досягати ефективної області. Виявлено, що оскільки підкладка сильно легована, втрати світла майже відсутні, оскільки це не активна область.

Оскільки світло здебільшого поглинається на певній відстані, товщина внутрішнього шару зазвичай відповідає цій. Будь-яке збільшення цієї товщини призведе до зниження швидкості роботи - важливого фактора в багатьох додатках - і не значно підвищить ефективність.

Світло також може потрапляти на фотодіод з одного боку переходу. При роботі фотодіода таким чином можна створити менше внутрішніх шарів, щоб збільшити швидкість роботи, хоча й із зниженою ефективністю.

У деяких випадках можна використовувати гетеропереходи. Ця форма конструкції має додаткову гнучкість для отримання світла від підкладки та має більший енергетичний зазор, що робить її прозорою для світла.

Будучи менш стандартним процесом, він є дорожчим у реалізації, і тому зазвичай використовується для більш спеціалізованих продуктів.

2. Характеристики фотодіода

(1) вольт-амперні характеристики

Це стосується співвідношення між фотострумом на фотодіоді та напругою, що прикладається до нього.

(2) Характеристики освітлення

Це стосується співвідношення між світловим потоком і фотострумом, коли напруга фотодіода між катодом і анодом постійна. Нахил кривої світлової характеристики називається чутливістю фотодіода.

(3) Спектральні характеристики

Зв'язок між фотострумом і довжиною хвилі падаючого світла називається спектральною властивістю. Енергія фотона пов'язана з довжиною хвилі світла: чим довша довжина хвилі, тим менша енергія фотона; Чим коротша довжина хвилі, тим більш енергійний фотон.

3. Функція фотодіода

(1) Контроль світла

Фотодіод можна використовувати як фотоелектричний перемикач, і його схема показана на наступному малюнку. При відсутності світла фотодіод VD1 відключається через зворотну напругу. Транзистори VT1 ​​і VT2 також відсікаються без струму бази. Реле знаходиться в розблокованому стані.

Коли світло випромінюється на VD1, воно переходить від відсікання до провідності. В результаті послідовно вмикаються VT1 і VT2, реле К спрацьовує, і схема управління включається.

(2) прийом оптичного сигналу

Для прийому світлових сигналів можна використовувати фотодіоди. На наступному малюнку показано схему фотодіода посилення оптичного сигналу. Світловий сигнал приймається фотодіодом VD, посилюється VT і виводиться конденсатором зв'язку C.

4. Застосування фотодіодів

(1) Фотоелемент

Фотоелемент - це, по суті, велика площа PN-переходу. Коли світло випромінюється на поверхню PN-переходу, таку як поверхня P-області, кожен фотон у P-області створює вільну пару електрон-дірка, якщо енергія фотона перевищує ширину забороненої зони напівпровідникового матеріалу.

Електронно-діркова пара швидко дифундує всередину й утворює електрорушійну силу, пов’язану з інтенсивністю світла під електричним полем переходу. У цей час, якщо ми використовуємо його як джерело живлення та підключаємо його до зовнішнього ланцюга, поки є світло, він продовжуватиме подавати електроенергію, яка є фотоелементом. Іншими словами, фотоелемент - це фотоелектричний пристрій з PN-переходом без напруги зміщення. Він може безпосередньо перетворювати світлову енергію в електрику.

(2) Сонячні елементи

Сонячна батарея - це напівпровідниковий прилад. Коли сонячне світло потрапляє на напівпровідник, частина його відбивається, а решта поглинається або проникає в напівпровідник. Частина поглиненого світла перетворюється на тепло, тоді як інші фотони стикаються з валентними електронами, з яких складається напівпровідник, утворюючи електрон-діркові пари. Таким чином світлова енергія перетворюється на електричну.

Тому після випромінювання сонячного світла два кінці сонячної батареї генеруватимуть постійну напругу, таким чином перетворюючи енергію сонячного світла безпосередньо в постійний струм. Якщо припаяти металеві дроти до шарів P і N і під’єднати навантаження, то струм піде по зовнішньому ланцюгу.

Таким чином, якщо ми з’єднаємо серію фотоелементів паралельно, можна генерувати певну напругу та струм для вихідної потужності.

(3) фотоелектрична система освітлення

Фотоелектрична система виробництва електроенергії — це система виробництва електроенергії, яка використовує сонячні елементи для перетворення сонячної енергії в електрику. Він використовує фотоелектричний ефект.

Основними компонентами є сонячні елементи, батареї, контролери та інвертори. Висока надійність, тривалий термін служби, відсутність забруднення, незалежне генерування електроенергії, робота фотодіодів у мережі.

Оскільки на фотоелектричний режим фотодіода сильно впливають зовнішні фактори навколишнього середовища, такі як світло та температура, робоча точка змінюється швидко. Існують незалежні системи виробництва електроенергії та системи виробництва електроенергії, підключені до мережі.

① Незалежна фотоелектрична система виробництва електроенергії

Незалежна фотоелектрична система виробництва електроенергії - це спосіб виробництва електроенергії, який не підключений до мережі. Йому потрібні батареї для накопичення енергії на ніч. Незалежне сонячне фотоелектричне виробництво в основному використовується у віддалених селах і будинках

Структурна схема вольтгенеруючої системи

② підключена до мережі фотоелектрична система виробництва електроенергії

Приєднана до мережі фотоелектрична система виробництва електроенергії підключена до національної мережі для подачі електроенергії в мережу. Не потребує батарейок. Житлові фотоелектричні системи виробництва електроенергії в основному вдома. Вони також використовуються в комунальному господарстві, системах нічного ландшафтного освітлення та сонячних електростанціях.

(4) Інші застосування фотодіодів:

•Як світловий датчик використовується фотодіод. Оскільки сила струму в ньому пропорційна інтенсивності світла, його також використовують для вимірювання інтенсивності світла.

• Фотодіоди в детекторах диму можна використовувати для визначення диму та вогню.

• Фотодіоди та світлодіоди комбінуються для виготовлення оптичних ізоляторів і оптичних сполучників

•Використовується як сонячний елемент у сонячних панелях

•Використовується для сканера штрих-кодів, розпізнавання символів

• Для систем виявлення перешкод,

•Може використовуватися як лічильник сторінок у принтерах

• Для визначення близькості, оксиметр

• Він також використовується для оптичних кодерів і декодерів

•Оптична передача інформації, заснована на оптоволоконному зв'язку

• Датчик положення

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.