Hvad er en fotodiode? (Del 2)

Følgende problemer kan løses ved at brugeFotodiodeeller fototransistor. For eksempel skal telefonkameraet måle det omgivende lys for at afgøre, om blitzen skal aktiveres. Hvordan kan man noninvasivt vurdere iltniveauet i blodet? Disse optoelektroniske enheder konverterer lys (fotoner) til elektriske signaler, som en mikroprocessor (eller mikrocontroller) kan "se". På denne måde er det muligt at styre placeringen og arrangementet af objekter, bestemme lysintensiteten og måle materialets fysiske egenskaber ud fra dets interaktion med lyset.

Lad os nu tale om den anden del.

1. Fotodiode struktur

Et af nøglekravene til en fotodiode er et egnet område til opsamling af lys. Inden for et standard PN-kryds er dette relativt lille, men arealet kan øges ved at bruge en PIN-diode. Da det iboende område er indeholdt i det aktive kryds, der bruges til lysopsamling, er området, der bruges til lysopsamling, meget større, hvilket gør PIN-fotodioden mere effektiv.

I fotodiodefremstillingsprocessen indsættes tykke iboende lag mellem P-type og N-type lag. Det mellemliggende egenlag kan være helt egen eller meget let dopet for at gøre det til et N-lag. I nogle tilfælde kan det dyrkes på substratet som et epitaksielt lag, eller det kan være indeholdt i selve substratet.

P plus diffusionslaget kan udvikles på et stærkt doteret epitaksialt lag af N-typen. Kontakten er lavet af metaldesign og kan laves i to terminaler såsom en anode og katode. Det forreste område af dioden kan opdeles i to typer, såsom aktiv overflade og passiv overflade.

Designet af den inaktive overflade kan udføres med siliciumdioxid (SiO2). På en aktiv overflade kan lys skinne på den, mens lys ikke kan skinne på en inaktiv overflade. Ved at dække den aktive overflade med et anti-reflekterende materiale går lysets energi ikke tabt, og det maksimale kan omdannes til en elektrisk strøm.

Et af hovedkravene til en fotodiode er at sikre, at den maksimale mængde lys når det indre lag. En af de mest effektive måder at opnå dette på er at placere de elektriske kontakter på siden af ​​enheden, som vist på billedet. Dette tillader den maksimale mængde lys at nå det effektive område. Det har vist sig, at da substratet er stærkt dopet, er der næsten intet lystab, da dette ikke er et aktivt område.

Da lys for det meste absorberes i en vis afstand, svarer tykkelsen af ​​det indre lag normalt til dette. Enhver stigning over denne tykkelse vil reducere arbejdshastigheden - en vigtig faktor i mange applikationer - og vil ikke øge effektiviteten i høj grad.

Lys kan også komme ind i fotodioden fra den ene side af krydset. Ved at betjene fotodioden på denne måde kan der laves færre iboende lag for at øge driftshastigheden, dog med reduceret effektivitet.

I nogle tilfælde kan heterojunctions bruges. Denne form for konstruktion har den ekstra fleksibilitet til at modtage lys fra underlaget og har et større energigab, hvilket gør det gennemsigtigt for lys.

Som en mindre standardproces er den dyrere at implementere og har derfor en tendens til at blive brugt til mere specialiserede produkter.

2. Fotodiode egenskaber

(1) volt-ampere karakteristika

Det refererer til forholdet mellem fotostrømmen på fotodioden og den spænding, der påføres den.

(2) Belysningsegenskaber

Det refererer til forholdet mellem lysstrøm og fotostrøm, når fotodiodespændingen mellem katoden og anoden er konstant. Hældningen af ​​den lyskarakteristiske kurve kaldes fotodiodefølsomheden.

(3) Spektralegenskaber

Forholdet mellem fotostrømmen og bølgelængden af ​​det indfaldende lys kaldes den spektrale egenskab. Fotonenergien er relateret til lysets bølgelængde: Jo længere bølgelængden er, jo mindre er fotonenergien; Jo kortere bølgelængden er, jo mere energisk er fotonen.

3. Funktion af fotodiode

(1) Lysstyring

Fotodioden kan bruges som en fotoelektrisk afbryder, og dens kredsløb er vist i følgende figur. Når der ikke er lys, afbrydes fotodiode VD1 på grund af omvendt spænding. Transistorer VT1 og VT2 er også afbrudt uden basisstrøm. Relæet er i frigivelsestilstand.

Når der udsendes lys på VD1, går det fra cutoff til ledning. Som et resultat tænder VT1 og VT2 successivt, relæ K trækker, og styrekredsløbet tændes.

(2) optisk signalmodtagelse

Fotodioder kan bruges til at modtage lyssignaler. Det følgende billede viser det optiske signalmodtagende forstærkningsfotodiodekredsløb. Lyssignalet modtages af fotodiode VD, forstærkes af VT og udsendes af koblingskondensator C.

4. Fotodiode applikationer

(1) Fotocelle

Fotocellen er i det væsentlige et stort område af PN-krydset. Når lys udsendes på en PN-forbindelsesoverflade, såsom P-regionens overflade, producerer hver foton i P-regionen et frit elektron-hul-par, hvis fotonenergien er større end båndgabets båndbredde af halvledermaterialet.

Elektron-hul-parret diffunderer hurtigt indad og danner en elektromotorisk kraft relateret til lysintensiteten under det elektriske krydsfelt. På dette tidspunkt, hvis vi bruger den som strømforsyning og forbinder den til et eksternt kredsløb, så længe der er lys, vil den fortsætte med at levere strøm, som er en fotocelle. Med andre ord er fotocellen en fotoelektrisk enhed med PN-forbindelse uden forspænding. Det kan direkte omdanne lysenergi til elektricitet.

(2) Solceller

En solcelle er en halvleder enhed. Når sollys rammer en halvleder, reflekteres noget af det, og resten absorberes eller trænger ind i halvlederen. Noget af det absorberede lys bliver til varme, mens andre fotoner kolliderer med valenselektronerne, der udgør halvlederen, og skaber elektron-hul-par. På den måde omdannes lysenergi til elektricitet.

Derfor vil de to ender af solcellen, efter at sollyset er bestrålet, generere jævnspænding og derved omdanne sollysenergien direkte til jævnstrøm. Hvis vi lodder metalledningerne til P- og N-lagene og forbinder belastningen, vil strømmen strømme gennem det eksterne kredsløb.

På denne måde, hvis vi forbinder rækken af ​​fotoceller parallelt, kan der genereres en vis spænding og strøm til udgangseffekt.

(3) solcellebelysningssystem

Et fotovoltaisk elproduktionssystem er et elproduktionssystem, der bruger solceller til at omdanne solenergi til elektricitet. Den bruger den solcelleeffekt.

Hovedkomponenterne er solceller, batterier, controllere og invertere. Høj pålidelighed, lang levetid, ingen forurening, uafhængig strømproduktion, fotodiode-netforbundet drift.

Fordi fotodiodens fotovoltaiske tilstand er stærkt påvirket af eksterne miljøfaktorer som lys og temperatur, ændres driftspunktet hurtigt. Der er uafhængige elproduktionssystemer og nettilsluttede elproduktionssystemer.

① Uafhængigt fotovoltaisk elproduktionssystem

Et uafhængigt fotovoltaisk elproduktionssystem er en elproduktionsmetode, der ikke er forbundet til nettet. Den har brug for batterier til at lagre energi til natten. Uafhængig solcelleproduktion bruges hovedsageligt i fjerntliggende landsbyer og hjem

Strukturdiagram af det voltgenererende system

② netforbundet fotovoltaisk elproduktionssystem

Nettilsluttet fotovoltaisk elproduktionssystem er tilsluttet det nationale net for at levere strøm til nettet. Det behøver ikke batterier. Fotovoltaiske elproduktionssystemer til boliger er for det meste i hjemmet. De bruges også i offentlige forsyningsvirksomheder, natlandskabsbelysningssystemer og solfarme.

(4) Andre anvendelser af fotodioder er:

•En fotodiode bruges som lyssensor. Da strømmen i den er proportional med lysets intensitet, bruges den også til at måle lysets intensitet.

•Fotodioder i røgdetektorer kan bruges til at føle røg og ild.

•Fotodioder og LED'er kombineres for at lave optiske isolatorer og optiske koblere

•Anvendes som solcelle i solpaneler

•Bruges til stregkodescanner, tegngenkendelse

•Til forhindringsdetektionssystemer,

•Kan bruges som sidetilstedeværelse og sidetæller i printere

•Til nærhedsdetektion, et oximeter

•Den bruges også til optiske indkodere og dekodere

•Optisk informationstransmission, baseret på optisk fiberkommunikation

•Positionssensor

Kontakt information:

Hvis du har nogle ideer, er du velkommen til at tale med os. Uanset hvor vores kunder er, og hvad vores krav er, vil vi følge vores mål om at give vores kunder høj kvalitet, lave priser og den bedste service.