Фотодиод

от Уикипедия, свободната енциклопедия

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 преобразовател на светлинни сигнали в електрични.

Фотодиодът е полупроводников диод, чийто ток се управлява от осветлението. Създаването му като уред е резултат от изследванията върху зависимостта на изправителното действие на контакта метал-полупроводник от осветлението. През 50-те години за направата на фотодиоди започват все повече да се използват p-n преходи в Ge, Si, InSb и др. полупроводникови материали (фиг. 1).

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. 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 (с течен азот) поради фоновото топлинно излъчване при по-висока температура, което понижава ефективността на работата им.

Съдържание

[редактиране] Устройство

Тъй като светлината трябва да попадне върху p-n-прехода, същият се намира зад прозрачен електрод (напр. от цинков оксид). Горният n-дотиран слой трябва също така да е много тънък, за да не абсорбира падащата светлина. Често пред същинския фотодиоден слой се намира прозрачен прозорец, служещ като предпазител против механични повреди или фотодиодът е монтиран в прозрачна отливка.

[редактиране] Функция

ВНИМАНИЕ: Тази статия се нуждае от частичен или цялостен превод. Ако имате познания по използвания език, не се колебайте! Благодарим Ви, че помагате на Уикипедия!

Durch die Bestrahlung mit Licht werden in der Raumladungszone der Diode Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) erzeugt, was zu einem Stromfluss führt, da die Ladungsträger in die jeweils entgegengesetzt dotierten Zonen wandern. Der Fotostrom ist über viele Größenordnungen linear zum Lichteinfall, wenn keine Sättigung eintritt. Im Idealfall führt jedes Lichtquant, welches eine Energie besitzt, die größer als die charakteristische Energielücke (Bandabstand) des Halbleiters ist, zu einem Beitrag zum Stromfluss. Praktisch ist der Wert jedoch kleiner und wird als Quantenausbeute bezeichnet. Die Reaktionszeit ist bei geeigneter Beschaltung sehr kurz; sie kann bis herab zu Bruchteilen einer Nanosekunde betragen.

Auch bei Dunkelheit fließt bei einer in Sperrichtung anliegenden Spannung ein kleiner Strom - der sog. Dunkelstrom. Die Dunkelstromkennlinie ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Fotodioden.

[редактиране] Начин на действие

Fotodiode

Фотодиодите могат да се използват в три различни работни режима:

  • при наличието на напрежение U>0 и ток I<0, фотодиодът произвежда електрическа енергия ( = слънчева батерия). Без товар фотодиодът е наситен и напрежението се стреми към една максимална стойност, която е почти независима от интензитета на светлината. При падащо напрежение токът нараства и от своя страна се стреми към една гранична стойност. (... Am Knick dieser Kennlinie liegt Leistungsanpassung vor - der bei Fotovoltaikanlagen angestrebte Arbeitspunkt.)
  • при лиспа на напрежение (късо съединение), фотодиодът произвежда ток, който е линейно-зависим от количеството светлина в доста обширен светлинен диапазон. ... Sie ist hierzu oft an einen Transimpedanzverstärker geschaltet - einer Schaltung, die aus dem Fotostrom ein proportionales Spannungssignal erzeugt. Damit lassen sich Bestrahlungsstärken sehr genau messen
  • Legt man an die Fotodiode eine Spannung in Sperrichtung, treten folgende Effekte auf:
    • die Sperrschichtkapazität verringert sich, sodass die Reaktionszeit auch bei sich ändernder Spannung sehr kurz ist
    • es tritt möglicherweise ein Avalanche-Effekt auf, der den Fotostrom durch Lawineneffekte verstärkt.
    • ein Reststrom (Dunkelstrom) kann die Linearität beeinträchtigen.

[редактиране] Вижте също