Полупроводниковите фотодиоди

[Гост]

Какво представляват и за какво се използват полупроводниковите фотодиоди .

[ammornil]

Какво представляват и за какво се използват полупроводниковите фотодиоди .

Хубаво е не само да опишем фотодиодите но и да ги отличим от светодиодите: фотодиодите поглъщат светлина и така пропускат електричен поток през тялото си, а светодиодите излъчват светлина когато през тялото им протича електричен поток. С други думи, фотодиодите засичат кога в околностите на диода има достатъчно светлина за да бъде проводим, а светодиодът показва кога в една електрическа верига протича ток.

Сега по темата:
Опростено определение: Фотодиодът има за основен елемент полупроводникова област (плочка съствена от две зони с различен тип проводимост- едната [tex]P[/tex], другата- [tex]N[/tex]), която има променливо съпротивление, в зависимост от количеството светлина което попада върху плочката. Когато върху плочката не попада светлина, електрическото й съпротивление е много голямо, което на практика я прави нетоководяща. Когато плочката се освети, нейните частици поглъщат фотони светлина, в следствие на което електрическото съпротивление на плочката намалява, и тя започва да пропуска (провежда) електрически ток. Плочката е свързана с два електропроводящи извода, които позволяват да се свързва в електрически вериги и да и играе ролята на датчик за светлина.

Принципът на работа е основан на Фотоелектричен ефект- свойството на материал да освобождава в обема на тялото си електрони, под действите на светлинно лъчение.

Техническата същност на фотодиодът е основана на ефекта на поляризацията на прехода между двe полупроводникови зони с различна по тип проводимост под действието на "свободни токоносители". Тази поляризация създава електричски поток в [tex]P-N[/tex] прехода и позволява протичането на ток, което е по същество e "понижаване на ел. съпротивлението".

Общото принципно устройство в прикачения файл. Това е устройството на най-често ползвания тип [tex]P-I-N[/tex] фотдиод. Виждаме ясно обособените [tex]P[/tex] и [tex]N[/tex] зони, разделени от така наречената зона за разреждане- непроводяща полупроводникова зона. Конструкцията наподобява тази на кондензатор, където плочите са направени от проводими полупроводници с различен тип проводимост, разделени от изолаторна зона.

Основни параметри на фотодиодите са: светочуствителност (какво количество светлина минимум трябва да има налично за да се "отпуши" диодът) и номинален ток (какво количество електричество най-много може да провежда без да се повреди полупроводниковата плочка).

Основни характеристики на фотодиода са:
[*] време на задействане: колко време отнема на токоносителите да преминат [tex]P-N[/tex] бариерата, когато диодът е активен.
[*] квантова ефикасност: е съотношението на фототока, генериран от падащата светлина, към мощността на падащата светлина. Това обикновено се изразява в единици A/W (ампера за ват).
[*] проводимост на тъмно ("ток на тъмно" или "шум"): е токът във фотодиода, когато на активната клетка няма падаща светлина. Това може да бъде един от основните източници на шум в фотодиодната система. Фототок от фоново излъчване също може да бъде включен в това измерване. Тъй като токът, генериран от фотодиода, може да бъде много малък, нивата на шум могат да скрият тока, произведен от падащата светлина при ниски нива на светлина. Шумът се увеличава с температурата. Идеалният фотодиод няма да има "ток на тъмно".
[*] пробивно напрежение: е най-голямото обратно напрежение, което може да бъде приложено към фотодиода, преди да настъпи необратим пробив в [tex]P-N[/tex] прехода. Фотодиодите трябва да работят в схеми с напрежение под пробивносот за диода или може да възникне повреда на фотодиода. Напрежението на пробив намалява с повишаване на температурата.

Видове:
В зависимост от конструктивните особености различаваме:
[*] обикновен [tex]P-N[/tex]
[*] [tex]P-I-N[/tex] фотодиодът е подобен на P-N, но вместо да се поставят P и N слоевете заедно, за да се създаде област на изчерпване, между двата легирани слоя се поставя вътрешен слой. Този слой е зоната на разреждне или на изчерпване. Този вътрешен слой е силно съпротивителен и увеличава силата на електрическото поле във фотодиода. Има много предимства на добавения вътрешен слой, най-вече за капацитета на диода (количеството енергия което може да отдава).
[*] Лавинните фотодиоди (APD) използват ударна йонизация (лавинен ефект), за да създадат вътрешно усилване в материала.Те изискват работа с високо обратно отклонение (почти обратно напрежение на пробив). Всеки фотогенериран носител (електрон) създава повече двойки и така се умножава по лавинообразен разпад. Това създава вътрешно усилване във фотодиода, което от своя страна увеличава ефективната реакция (по-голям ток генерирани от един погълнат фотон).
[tex][/tex]