From Wikipedia, the free encyclopedia
Фотодиодът представлява полупроводников диод, който е в състояние да преобразува светлината в електрически ток чрез фотоелектричен ефект на p-n-прехода. Друга дефиниция е полупроводников високочувствителен нискоинерционен преобразувател на светлинни сигнали в електрични.
За информацията в тази статия или раздел не са посочени източници. Въпросната информация може да е непълна, неточна или изцяло невярна. Имайте предвид, че това може да стане причина за изтриването на цялата статия или раздел. |
Фотодиод | |
Принцип на работа | Фотоелектричен ефект |
---|---|
Символично означение | |
Фотодиод в Общомедия |
Фотодиодът е полупроводников диод, чийто ток се управлява от осветлението с инфрачервени, видими, ултравиолетови или рентгенови лъчи. Създаването му като уред е резултат от изследванията върху зависимостта на изправителното действие на контакта метал-полупроводник от осветлението.
Типичният силициев фотодиод се състои от 2 слоя с p- и n-проводимост, контакти и изводи. Предният слой е слабо дотиран (легиран) и трябва да е много тънък, за да не поглъща падащата светлина и тя да може да достигне до p-n-прехода. Тъй като светлината трябва да попадне върху p-n-прехода, същият се намира зад прозрачен антиотражателен слой (напр. от цинков окис). Често пред същинския фотодиоден слой се намира прозрачен прозорец, служещ като предпазител против механични повреди или фотодиодът е монтиран в прозрачна отливка.
Предимства:
Недостатъци:
Фотодиодът с бариера на Шотки има структура метал-полупроводник. При образуване на структурата част от електроните преминава от метала в полупроводника от p-тип.
В структурата се използва лавинен пробив. Той възниква когато енергията на фотоносителите надвишава енергията за образуване на двойки електрон-дупка. Лавинните фотодиоди имат много висока чувствителност, която се оценява с коефициента на вътрешно усилване (коефициент на лавинно умножение):
1) Електрическото поле в областта на пространствения заряд трябва да бъде достатъчно голямо, така че за дължината на свободния път електронът да натрупа енергия, по-голяма от ширината на забранената зона
2) Ширината на областта на пространствения заряд трябва да бъде значително по-голяма от средния свободен път:
Хетеропреходът е слой, който се появява на границата на два полупроводника с различна ширина на забранената зона. Един слой p+ играе ролята на „приемен прозорец“. Зарядите се генерират в централната област. Чрез избора на полупроводници с различна ширина на забранената зона може да се обхване целият диапазон на дължини на вълната. Недостатъкът е сложността на производството.
През 50-те години за направата на фотодиоди започват все повече да се използват p-n преходи на германий (Ge), силиций (Si) и други полупроводникови материали. Те имат максимална чувствителност при определена дължина на вълната и се използват в диапазона около нея.
Полупроводников материал | Диапазон от дължини на вълната (nm) на най-голяма чувствителност |
---|---|
Силиций Si | 190–1100 |
Германий Ge | 400–1700 |
Индиево-галиев арсенид InGaAs | 800–2600 |
Оловен сулфид PbS | 1000–3500 |
Живачно-кадмиев телурид HgCdTe | 400–14000 |
Кадмиев телурид CdTe | 5000–20000 |
Активният материал на фотодиодите е направен от силиций (за видимия светлинен спектър и за инфрачервена светлина с дължина на вълната до 1000 nm) или германий (за инфрачервено лъчение с дължина на вълната до около 1800 nm) както и от други полупроводникови материали. Фотодиодите, изработени от силиций, имат сравнително нисък шум поради по-голямата ширина на забранената зона на силиция.
Съществуват и изработки за средния инфрачервен спектър с дължина на вълната 5 – 20 µm (CdTe-, Ge:Au-диоди), но те се нуждаят от дълбоко охлаждане (например с течен азот), за да се сведе до минимум шума поради фоновото топлинно излъчване при по-висока температура, което понижава ефективността на работата им. Топлинното движение при стайна температура е достатъчно за издигане на електрони от валентната лента в зоната на проводимост. В резултат на това тъмновият ток на тези фотодиоди при стайна температура е толкова голям, че сигналът, който се измерва, се губи. Друга причина за охлаждането е протичащото в обратна посока излъчване от самия корпус на сензора, което създава интерференция с падащата вълна.
Фотодиодите за измерване на светлината имат режекторен филтър за дневна светлина, който ограничава чувствителността в червения и инфрачервения спектрален диапазон и настройва кривата на чувствителност спрямо тази на окото. За разлика от тях, фотодиодите за приемане на инфрачервени сигнали (както при дистанционните управления) имат филтър за блокиране на дневната светлина. Например, те се отливат със синтетична смола с тъмен цвят и затова са защитени от смущения от видима светлина.
Фотодиодите могат да се използват в три различни работни режима:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.