Wat is een fotodiode? (Deel 2)

De volgende problemen kunnen worden opgelost door te gebruikenFotodiodeof Fototransistor. De camera van de telefoon moet bijvoorbeeld het omgevingslicht meten om te bepalen of de flitser geactiveerd moet worden. Hoe het zuurstofgehalte in het bloed niet-invasief te beoordelen? Deze opto-elektronische apparaten zetten licht (fotonen) om in elektrische signalen die een microprocessor (of microcontroller) kan 'zien'. Op deze manier is het mogelijk om de positionering en opstelling van objecten te regelen, de lichtintensiteit te bepalen en de fysieke eigenschappen van het materiaal te meten op basis van de interactie met het licht.

Laten we het nu hebben over het tweede deel.

1. Fotodiodestructuur

Een van de belangrijkste vereisten voor een fotodiode is een geschikt gebied om licht op te vangen. Binnen een standaard PN-knooppunt is dit relatief klein, maar door toepassing van een PIN-diode kan het oppervlak vergroot worden. Aangezien het intrinsieke gebied zich bevindt in de actieve kruising die wordt gebruikt voor lichtverzameling, is het gebied dat wordt gebruikt voor lichtverzameling veel groter, waardoor de PIN-fotodiode efficiënter wordt.

Bij het fabricageproces van fotodioden worden dikke intrinsieke lagen ingevoegd tussen de P-type en N-type lagen. De tussenliggende eigenlaag kan volledig eigen of zeer licht gedoteerd zijn om er een N-laag van te maken. In sommige gevallen kan het op het substraat worden gegroeid als een epitaxiale laag, of het kan in het substraat zelf worden opgenomen.

De P plus diffusielaag kan worden ontwikkeld op een zwaar gedoteerde N-type epitaxiale laag. Het contact is gemaakt van metaal en kan worden gemaakt in twee aansluitingen, zoals een anode en een kathode. Het voorste gedeelte van de diode kan in twee typen worden verdeeld, zoals een actief oppervlak en een passief oppervlak.

Het ontwerp van het inactieve oppervlak kan worden gedaan met siliciumdioxide (SiO2). Op een actief oppervlak kan er licht op schijnen, terwijl op een inactief oppervlak geen licht kan schijnen. Door het actieve oppervlak te bedekken met een anti-reflecterend materiaal gaat de energie van het licht niet verloren en kan het maximale worden omgezet in een elektrische stroom.

Een van de belangrijkste vereisten van een fotodiode is ervoor te zorgen dat de maximale hoeveelheid licht de intrinsieke laag bereikt. Een van de meest efficiënte manieren om dit te bereiken, is door de elektrische contacten aan de zijkant van het apparaat te plaatsen, zoals weergegeven in de afbeelding. Hierdoor kan de maximale hoeveelheid licht het effectieve gebied bereiken. Het blijkt dat aangezien het substraat zwaar gedoteerd is, er bijna geen lichtverlies is aangezien dit geen actief gebied is.

Aangezien licht meestal op een bepaalde afstand wordt geabsorbeerd, komt de dikte van de intrinsieke laag hier meestal bij overeen. Elke toename boven deze dikte zal de werksnelheid verminderen - een belangrijke factor in veel toepassingen - en zal de efficiëntie niet veel verhogen.

Licht kan ook vanaf één kant van de kruising de fotodiode binnendringen. Door de fotodiode op deze manier te bedienen, kunnen minder intrinsieke lagen worden gemaakt om de werkingssnelheid te verhogen, zij het met verminderde efficiëntie.

In sommige gevallen kunnen heterojuncties worden gebruikt. Deze vorm van constructie heeft de extra flexibiliteit om licht van het substraat te ontvangen en heeft een grotere energiekloof, waardoor het transparant is voor licht.

Omdat het een minder standaardproces is, is het duurder om te implementeren en wordt het daarom vaak gebruikt voor meer gespecialiseerde producten.

2. Kenmerken fotodiode

(1) volt-ampère-karakteristieken

Het verwijst naar de relatie tussen de fotostroom op de fotodiode en de spanning die erop wordt toegepast.

(2) Verlichtingskenmerken

Het verwijst naar de relatie tussen lichtstroom en fotostroom wanneer de fotodiodespanning tussen de kathode en de anode constant is. De helling van de lichtkarakteristiek wordt de fotodiodegevoeligheid genoemd.

(3) Spectrale kenmerken

De relatie tussen de fotostroom en de golflengte van het invallende licht wordt de spectrale eigenschap genoemd. De fotonenergie is gerelateerd aan de golflengte van licht: hoe langer de golflengte, hoe kleiner de fotonenergie; Hoe korter de golflengte, hoe energieker het foton.

3. Functie van fotodiode

(1) Lichtregeling

De fotodiode kan worden gebruikt als een foto-elektrische schakelaar en het circuit wordt weergegeven in de volgende afbeelding. Als er geen licht is, wordt fotodiode VD1 afgesneden vanwege sperspanning. Transistoren VT1 en VT2 zijn ook afgesneden zonder basisstroom. Het relais bevindt zich in de vrijgavetoestand.

Wanneer licht wordt uitgezonden op VD1, gaat het over van afsnijding naar geleiding. Als gevolg hiervan worden achtereenvolgens VT1 en VT2 ingeschakeld, trekt relais K en wordt het regelcircuit ingeschakeld.

(2) optische signaalontvangst

Fotodiodes kunnen worden gebruikt om lichtsignalen te ontvangen. De volgende afbeelding toont het fotodiodecircuit met optische signaalontvangstversterking. Het lichtsignaal wordt ontvangen door fotodiode VD, versterkt door VT en uitgevoerd door koppelcondensator C.

4. Toepassingen van fotodioden

(1) Fotocel

De fotocel is in wezen een groot deel van de PN-overgang. Wanneer licht wordt uitgezonden op een PN-overgangsoppervlak, zoals het oppervlak van het P-gebied, produceert elk foton in het P-gebied een vrij elektron-gatpaar als de fotonenergie groter is dan de bandgap-bandbreedte van het halfgeleidermateriaal.

Het elektron-gat-paar diffundeert snel naar binnen en vormt een elektromotorische kracht die verband houdt met de lichtintensiteit onder het elektrische junctieveld. Als we het op dit moment als voeding gebruiken en aansluiten op een extern circuit, zal het, zolang er licht is, stroom blijven leveren, wat een fotocel is. Met andere woorden, de fotocel is een foto-elektrisch apparaat met PN-junctie zonder voorspanning. Het kan lichtenergie direct omzetten in elektriciteit.

(2) Zonnecellen

Een zonnecel is een halfgeleiderapparaat. Wanneer zonlicht een halfgeleider raakt, wordt een deel ervan gereflecteerd en de rest wordt geabsorbeerd of dringt door de halfgeleider. Een deel van het geabsorbeerde licht wordt warmte, terwijl andere fotonen botsen met de valentie-elektronen waaruit de halfgeleider bestaat, waardoor elektron-gatparen ontstaan. Op deze manier wordt lichtenergie omgezet in elektriciteit.

Daarom zullen de twee uiteinden van de zonnecel, nadat het zonlicht is bestraald, gelijkspanning genereren, waardoor de zonlichtenergie direct wordt omgezet in gelijkstroom. Als we de metalen draden aan de P- en N-lagen solderen en de belasting aansluiten, gaat de stroom door het externe circuit lopen.

Op deze manier kan, als we de reeks fotocellen parallel schakelen, een bepaalde spanning en stroom worden gegenereerd om vermogen uit te voeren.

(3) fotovoltaïsch verlichtingssysteem

Een fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem is een energieopwekkingssysteem dat zonnecellen gebruikt om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. Het maakt gebruik van het fotovoltaïsche effect.

De belangrijkste componenten zijn zonnecellen, batterijen, controllers en omvormers. Hoge betrouwbaarheid, lange levensduur, geen vervuiling, onafhankelijke stroomopwekking, fotodiode netgekoppelde werking.

Omdat de fotovoltaïsche modus met fotodiode sterk wordt beïnvloed door externe omgevingsfactoren zoals licht en temperatuur, verandert het werkpunt snel. Er zijn onafhankelijke stroomopwekkingssystemen en netgekoppelde stroomopwekkingssystemen.

① Onafhankelijk fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem

Een onafhankelijk fotovoltaïsch stroomopwekkingssysteem is een stroomopwekkingsmethode die niet is aangesloten op het net. Het heeft batterijen nodig om energie op te slaan voor de nacht. Onafhankelijke fotovoltaïsche zonne-energieopwekking wordt voornamelijk gebruikt in afgelegen dorpen en huizen

Structuurschema van het spanningsgenererende systeem

② netgekoppeld fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem

Op het net aangesloten fotovoltaïsche energieopwekkingssysteem is aangesloten op het nationale net om stroom aan het net te leveren. Het heeft geen batterijen nodig. Residentiële fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen bevinden zich meestal in huis. Ze worden ook gebruikt in openbare voorzieningen, verlichtingssystemen voor nachtlandschappen en zonneparken.

(4) Andere toepassingen van fotodiodes zijn:

•Een fotodiode wordt gebruikt als lichtsensor. Omdat de stroom erin evenredig is met de intensiteit van het licht, wordt het ook gebruikt om de intensiteit van het licht te meten.

•Fotodiodes in rookmelders kunnen worden gebruikt om rook en vuur te detecteren.

•Fotodiodes en LED's worden gecombineerd om optische isolatoren en optische koppelaars te maken

•Gebruikt als zonnecel in zonnepanelen

•Gebruikt voor een streepjescodescanner, tekenherkenning

•Voor obstakeldetectiesystemen,

•Kan worden gebruikt als pagina-aanwezigheid en paginateller in printers

•Voor nabijheidsdetectie, een oximeter

•Het wordt ook gebruikt voor optische encoders en decoders

•Optische informatieoverdracht, gebaseerd op glasvezelcommunicatie

•Positiesensor

Contactgegevens:

Heeft u ideeën, spreek ons ​​gerust aan. Waar onze klanten zich ook bevinden en wat onze vereisten ook zijn, we zullen ons doel nastreven om onze klanten hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.