Hva er en fotodiode? (Del 2)

Følgende problemer kan løses ved å brukeFotodiodeeller fototransistor. For eksempel må telefonkameraet måle omgivelseslyset for å finne ut om blitsen må aktiveres. Hvordan vurderer man ikke-invasivt oksygennivået i blodet? Disse optoelektroniske enhetene konverterer lys (fotoner) til elektriske signaler som en mikroprosessor (eller mikrokontroller) kan "se". På denne måten er det mulig å kontrollere posisjonering og arrangement av objekter, bestemme lysintensiteten og måle de fysiske egenskapene til materialet basert på dets samspill med lyset.

La oss nå snakke om den andre delen.

1. Fotodiodestruktur

Et av hovedkravene til en fotodiode er et egnet område for å samle lys. Innenfor et standard PN-kryss er dette relativt lite, men arealet kan økes ved å bruke en PIN-diode. Siden den iboende regionen er inneholdt i det aktive krysset som brukes til lysinnsamling, er området som brukes for lyssamling mye større, noe som gjør PIN-fotodioden mer effektiv.

I fotodiode-produksjonsprosessen settes tykke iboende lag inn mellom P-type og N-type lag. Det mellomliggende egenlaget kan være helt eget eller veldig lett dopet for å gjøre det til et N-lag. I noen tilfeller kan det dyrkes på substratet som et epitaksielt lag, eller det kan være inneholdt i selve substratet.

P pluss diffusjonslaget kan utvikles på et sterkt dopet epitaksialt lag av N-type. Kontakten er laget av metalldesign og kan gjøres til to terminaler som en anode og katode. Frontområdet på dioden kan deles inn i to typer, for eksempel aktiv overflate og passiv overflate.

Utformingen av den inaktive overflaten kan gjøres med silisiumdioksid (SiO2). På en aktiv overflate kan lys skinne på den, mens på en inaktiv overflate kan ikke lys skinne. Ved å dekke den aktive overflaten med et anti-reflekterende materiale går ikke lysets energi tapt, og maksimum kan omdannes til en elektrisk strøm.

Et av hovedkravene til en fotodiode er å sikre at den maksimale mengden lys når det indre laget. En av de mest effektive måtene å oppnå dette på er å plassere de elektriske kontaktene på siden av enheten, som vist på bildet. Dette gjør at maksimal mengde lys kan nå det effektive området. Det er funnet at siden substratet er sterkt dopet, er det nesten ikke noe tap av lys siden dette ikke er et aktivt område.

Siden lys for det meste absorberes i en viss avstand, samsvarer vanligvis tykkelsen på det indre laget med dette. Enhver økning over denne tykkelsen vil redusere driftshastigheten - en viktig faktor i mange bruksområder - og vil ikke øke effektiviteten i stor grad.

Lys kan også komme inn i fotodioden fra den ene siden av krysset. Ved å betjene fotodioden på denne måten kan færre indre lag lages for å øke driftshastigheten, om enn med redusert effektivitet.

I noen tilfeller kan heterojunctions brukes. Denne formen for konstruksjon har den ekstra fleksibiliteten til å motta lys fra underlaget og har et større energigap, noe som gjør det transparent for lys.

Som en mindre standard prosess er den dyrere å implementere og har derfor en tendens til å bli brukt til mer spesialiserte produkter.

2. Fotodiodeegenskaper

(1) volt-ampere egenskaper

Det refererer til forholdet mellom fotostrømmen på fotodioden og spenningen som påføres den.

(2) Lysegenskaper

Det refererer til forholdet mellom lysstrøm og fotostrøm når fotodiodespenningen mellom katoden og anoden er konstant. Helningen til lyskarakteristikken kalles fotodiodefølsomheten.

(3) Spektralegenskaper

Forholdet mellom fotostrømmen og bølgelengden til det innfallende lyset kalles den spektrale egenskapen. Fotonenergien er relatert til lysets bølgelengde: jo lengre bølgelengde, jo mindre fotonenergi; Jo kortere bølgelengden er, jo mer energisk er fotonet.

3. Funksjon av fotodiode

(1) Lyskontroll

Fotodioden kan brukes som en fotoelektrisk bryter, og dens krets er vist i følgende figur. Når det ikke er lys, kuttes fotodioden VD1 på grunn av reversspenning. Transistorene VT1 og VT2 er også avskåret uten grunnstrøm. Reléet er i utløsningstilstand.

Når lys sendes ut på VD1, går det fra cutoff til ledning. Som et resultat slår VT1 og VT2 på suksessivt, relé K trekker, og kontrollkretsen slås på.

(2) optisk signalmottak

Fotodioder kan brukes til å motta lyssignaler. Følgende bilde viser den optiske signalmottakende forsterkningsfotodiodekretsen. Lyssignalet mottas av fotodiode VD, forsterkes av VT, og sendes ut av koblingskondensator C.

4. Fotodiodeapplikasjoner

(1) Fotocelle

Fotocellen er i hovedsak et stort område av PN-krysset. Når lys sendes ut på en PN-overflate, slik som P-regionoverflaten, produserer hvert foton i P-regionen et fritt elektron-hull-par hvis fotonenergien er større enn båndgapets båndbredde til halvledermaterialet.

Elektron-hull-paret diffunderer raskt innover og danner en elektromotorisk kraft relatert til lysintensiteten under det elektriske kryssfeltet. På dette tidspunktet, hvis vi bruker den som strømforsyning og kobler den til en ekstern krets, så lenge det er lys, vil den fortsette å levere strøm, som er en fotocelle. Med andre ord er fotocellen en fotoelektrisk enhet med PN-kryss uten forspenning. Den kan direkte konvertere lysenergi til elektrisitet.

(2) Solceller

En solcelle er en halvlederenhet. Når sollys treffer en halvleder reflekteres noe av det og resten absorberes eller trenger gjennom halvlederen. Noe av det absorberte lyset blir til varme, mens andre fotoner kolliderer med valenselektronene som utgjør halvlederen, og skaper elektron-hull-par. På denne måten blir lysenergi omdannet til elektrisitet.

Derfor, etter at sollyset er bestrålt, vil de to endene av solcellen generere likespenning, og dermed konvertere sollysenergien direkte til likestrøm. Hvis vi lodder metallledningene til P- og N-lagene og kobler belastningen, vil strømmen flyte gjennom den eksterne kretsen.

På denne måten, hvis vi kobler serien av fotoceller parallelt, kan en viss spenning og strøm genereres for å gi ut strøm.

(3) fotovoltaisk belysningssystem

Et fotovoltaisk kraftproduksjonssystem er et kraftgenereringssystem som bruker solceller til å konvertere solenergi til elektrisitet. Den bruker solcelleeffekten.

Hovedkomponentene er solceller, batterier, kontrollere og omformere. Høy pålitelighet, lang levetid, ingen forurensning, uavhengig kraftproduksjon, fotodiode-netttilkoblet drift.

Fordi fotodiodens fotovoltaiske modus er sterkt påvirket av eksterne miljøfaktorer som lys og temperatur, endres driftspunktet raskt. Det finnes uavhengige kraftproduksjonssystemer og nettkoblede kraftproduksjonssystemer.

① Uavhengig fotovoltaisk kraftgenereringssystem

Et uavhengig fotovoltaisk kraftproduksjonssystem er en kraftproduksjonsmetode som ikke er koblet til nettet. Den trenger batterier for å lagre energi for natten. Uavhengig solcellekraftproduksjon brukes hovedsakelig i avsidesliggende landsbyer og hjem

Strukturdiagram av det voltgenererende systemet

② netttilkoblet solcelleanlegg for kraftproduksjon

Nettkoblet solcellekraftproduksjonssystem er koblet til det nasjonale nettet for å levere strøm til nettet. Den trenger ikke batterier. Solcelleanlegg for boliger er for det meste i hjemmet. De brukes også i offentlige tjenester, nattlandskapsbelysningssystemer og solfarmer.

(4) Andre bruksområder for fotodioder er:

•En fotodiode brukes som lyssensor. Siden strømmen i den er proporsjonal med lysintensiteten, brukes den også til å måle lysintensiteten.

•Fotodioder i røykvarslere kan brukes til å registrere røyk og brann.

•Fotodioder og lysdioder er kombinert for å lage optiske isolatorer og optiske koblere

•Brukes som solcelle i solcellepaneler

•Brukes til strekkodeskanner, tegngjenkjenning

•For hindringerdeteksjonssystemer,

•Kan brukes som sidetilstedeværelse og sideteller i skrivere

•For nærhetsdeteksjon, et oksymeter

•Den brukes også til optiske kodere og dekodere

•Optisk informasjonsoverføring, basert på optisk fiberkommunikasjon

•Posisjonssensor

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.