Mis on fotodiood? (2. osa)

Kasutades saab lahendada järgmisi probleemeFotodioodvõi fototransistor. Näiteks peab telefoni kaamera mõõtma ümbritsevat valgust, et teha kindlaks, kas välklamp tuleb aktiveerida. Kuidas mitteinvasiivselt hinnata hapniku taset veres? Need optoelektroonilised seadmed muudavad valguse (footonid) elektrilisteks signaalideks, mida mikroprotsessor (või mikrokontroller) "näha". Nii on võimalik juhtida objektide positsioneerimist ja paigutust, määrata valguse intensiivsust ning mõõta materjali füüsikalisi omadusi lähtuvalt selle interaktsioonist valgusega.

Räägime nüüd teisest osast.

1. Fotodioodi struktuur

Üks fotodioodi põhinõudeid on sobiv ala valguse kogumiseks. Tavalise PN-ristmiku piires on see suhteliselt väike, kuid pindala saab suurendada PIN-dioodi abil. Kuna sisemine piirkond asub valguse kogumiseks kasutatavas aktiivses ristmikus, on valguse kogumiseks kasutatav piirkond palju suurem, muutes PIN-fotodioodi tõhusamaks.

Fotodioodide tootmisprotsessis sisestatakse P-tüüpi ja N-tüüpi kihtide vahele paksud sisemised kihid. Vahepealne omakiht võib olla täielikult omapärane või väga kergelt legeeritud, et muuta see N-kihiks. Mõnel juhul võib seda kasvatada substraadile epitaksiaalse kihina või see võib olla substraadis endas.

P pluss difusioonikihti saab välja töötada tugevalt legeeritud N-tüüpi epitaksiaalsel kihil. Kontakt on valmistatud metallist ja sellest saab teha kaks klemmi, nagu anood ja katood. Dioodi esiosa võib jagada kahte tüüpi, näiteks aktiivne pind ja passiivne pind.

Mitteaktiivse pinna kujundamist saab teha ränidioksiidiga (SiO2). Aktiivsel pinnal võib valgus sellele paista, mitteaktiivsele pinnale aga valgus paista ei saa. Kattes aktiivse pinna peegeldusvastase materjaliga, ei lähe valguse energia kaotsi ning maksimumi saab muuta elektrivooluks.

Fotodioodi üks peamisi nõudeid on tagada, et sisemise kihini jõuaks maksimaalne valgushulk. Üks tõhusamaid viise selle saavutamiseks on asetada elektrikontaktid seadme küljele, nagu pildil näidatud. See võimaldab maksimaalsel hulgal valgust jõuda efektiivsesse piirkonda. On leitud, et kuna substraat on tugevalt legeeritud, puudub valguskadu peaaegu üldse, kuna see ei ole aktiivne piirkond.

Kuna valgus neeldub enamasti teatud kaugusel, vastab sisemise kihi paksus tavaliselt sellele. Iga selle paksuse suurendamine vähendab töökiirust – see on paljude rakenduste puhul oluline tegur – ega suurenda oluliselt tõhusust.

Valgus võib fotodioodi siseneda ka ristmiku ühelt küljelt. Fotodioodi sellisel viisil töötades saab töökiiruse suurendamiseks teha vähem sisemisi kihte, ehkki väiksema efektiivsusega.

Mõnel juhul võib kasutada heteroühendusi. Sellel konstruktsioonil on täiendav paindlikkus substraadilt valguse vastuvõtmiseks ja suurem energiavahe, mis muudab selle valgusele läbipaistvaks.

Vähem standardse protsessina on selle rakendamine kulukam ja seetõttu kasutatakse seda pigem spetsialiseeritud toodete puhul.

2. Fotodioodi omadused

(1) volt-amprite omadused

See viitab fotodioodil oleva fotovoolu ja sellele rakendatava pinge vahelisele suhtele.

(2) Valgustuse omadused

See viitab valgusvoo ja fotovoolu vahelisele suhtele, kui katoodi ja anoodi vaheline fotodioodi pinge on konstantne. Valguse tunnuskõvera kallet nimetatakse fotodioodi tundlikkuseks.

(3) Spektrikarakteristikud

Fotovoolu ja langeva valguse lainepikkuse vahelist seost nimetatakse spektraalseks omaduseks. Footonite energia on seotud valguse lainepikkusega: mida pikem on lainepikkus, seda väiksem on footoni energia; Mida lühem on lainepikkus, seda energilisem on footon.

3. Fotodioodi funktsioon

(1) Valguse juhtimine

Fotodioodi saab kasutada fotoelektrilise lülitina ja selle vooluring on näidatud järgmisel joonisel. Kui valgust pole, katkeb fotodiood VD1 pöördpinge tõttu. Transistorid VT1 ja VT2 on samuti ära lõigatud ilma baasvooluta. Relee on vabastatud olekus.

Kui VD1 kiirgab valgust, läheb see katkestusest juhtivusele. Selle tulemusena lülituvad VT1 ja VT2 järjest sisse, relee K tõmbab ja juhtimisahel lülitub sisse.

(2) optilise signaali vastuvõtt

Valgussignaalide vastuvõtmiseks saab kasutada fotodioode. Järgmisel pildil on näha optilise signaali vastuvõtva võimenduse fotodioodi vooluring. Valgussignaali võtab vastu fotodiood VD, võimendab VT ja väljastab sidestuskondensaator C.

4. Fotodioodirakendused

(1) Fotosilm

Fotosilm on sisuliselt suur ala PN-ristmikul. Kui valgust kiirgatakse PN-siirdepinnale, näiteks P-piirkonna pinnale, tekitab iga P-piirkonna footon vaba elektron-augu paari, kui footoni energia on suurem kui pooljuhtmaterjali ribalaius.

Elektron-augu paar hajub kiiresti sissepoole ja moodustab ristmiku elektrivälja all valguse intensiivsusega seotud elektromotoorjõu. Praegu, kui kasutame seda toiteallikana ja ühendame selle välise vooluahelaga, jätkab see seni, kuni valgus on, toidet, mis on fotoelement. Teisisõnu, fotoelement on PN-siirde fotoelektriline seade, millel puudub eelpinge. See suudab valgusenergiat otse elektrienergiaks muuta.

(2) Päikesepatareid

Päikesepatarei on pooljuhtseade. Kui päikesevalgus tabab pooljuhti, peegeldub osa sellest ja ülejäänu neeldub või tungib läbi pooljuhi. Osa neeldunud valgusest muutub soojuseks, samas kui teised footonid põrkuvad pooljuhi moodustavate valentselektronidega, luues elektron-augu paarid. Sel viisil muudetakse valgusenergia elektriks.

Seetõttu tekitavad päikesepatarei kaks otsa pärast päikesevalguse kiiritamist alalispinge, muutes päikesevalguse energia otse alalisvooluks. Kui jootma metalljuhtmed P ja N kihtidesse ja ühendame koormuse, siis voolab vool läbi välise ahela.

Sel viisil, kui ühendame fotoelemente paralleelselt, saab väljundvõimsuseks tekitada teatud pinge ja voolu.

(3) fotogalvaaniline valgustussüsteem

Fotogalvaaniline elektritootmissüsteem on elektritootmissüsteem, mis kasutab päikesepatareisid päikeseenergia muundamiseks elektriks. See kasutab fotogalvaanilist efekti.

Peamised komponendid on päikesepatareid, akud, kontrollerid ja inverterid. Kõrge töökindlus, pikk kasutusiga, saastevaba, sõltumatu elektritootmine, fotodioodvõrguga ühendatud töö.

Kuna fotodioodi fotogalvaanilist režiimi mõjutavad suuresti välised keskkonnategurid, nagu valgus ja temperatuur, muutub tööpunkt kiiresti. On olemas sõltumatud elektritootmissüsteemid ja võrguga ühendatud elektritootmissüsteemid.

① Sõltumatu fotogalvaaniline elektritootmissüsteem

Sõltumatu fotogalvaaniline elektritootmissüsteem on elektritootmismeetod, mis ei ole võrku ühendatud. Ööseks energia salvestamiseks on vaja patareisid. Sõltumatut fotogalvaanilist päikeseenergiat kasutatakse peamiselt kaugemates külades ja kodudes

Volte genereeriva süsteemi ehitusskeem

② võrguga ühendatud fotogalvaaniline elektritootmissüsteem

Võrguga ühendatud fotogalvaaniline elektritootmissüsteem on ühendatud riikliku võrguga, et varustada võrku toiteallikaga. See ei vaja patareisid. Elamute fotogalvaanilised elektritootmissüsteemid on enamasti kodus. Neid kasutatakse ka kommunaalteenustes, öistes maastikuvalgustussüsteemides ja päikesefarmides.

(4) Fotodioodide muud rakendused on järgmised:

•Valgussensorina kasutatakse fotodioodi. Kuna selles olev vool on võrdeline valguse intensiivsusega, kasutatakse seda ka valguse intensiivsuse mõõtmiseks.

•Suitsuandurites olevaid fotodioode saab kasutada suitsu ja tulekahju tuvastamiseks.

•Fotodioodid ja LED-id kombineeritakse optiliste isolaatorite ja optiliste sidurite valmistamiseks

•Kasutatakse päikesepatareina päikesepaneelides

•Kasutatakse vöötkoodi skanneriks, märgituvastuseks

• Takistuste tuvastamise süsteemide puhul

•Saab kasutada lehe kohaloleku ja leheloendurina printerites

•Läheduse tuvastamiseks oksümeeter

•Seda kasutatakse ka optiliste kodeerijate ja dekoodrite jaoks

•Optiline infoedastus, mis põhineb kiudoptilisel sidel

•Asendiandur

Kontaktinfo:

Kui teil on ideid, võtke meiega ühendust. Pole tähtis, kus meie kliendid on ja millised on meie nõudmised, järgime oma eesmärki pakkuda oma klientidele kõrget kvaliteeti, madalaid hindu ja parimat teenust.