Inhalt des Fotodiodendetektors
In diesem Artikel werden wir den Fotodiodendetektor wie folgt diskutieren:
- Definition eines Fotodetektors
- Verschiedene Typen
- Schaltbild
- Anwendungen
- Was ist eine Fotodiode?
- Merkmale einer Fotodiode
- Arbeitsprinzip
- Lawinenphotodiode
- Schaltbild
- Anwendungen
- Vorteile Nachteile
- Fototransistor gegen Fotodiode
Was ist ein Fotodetektor?
Definition eines Fotodetektors:
"Fotodetektoren sind wichtige Elemente und besitzen die Fähigkeit, Licht in elektrische Signale umzuwandeln."
"Fotodetektoren sind wichtige Elemente für die Bildverarbeitung, die optische Kommunikation, die Sicherheit sowie die Nachtsicht- und Bewegungserkennung. “
Arten von Fotodetektoren:
Wichtige Anwendungen von Fotodetektoren:
- Fotodetektoren können für Eigenschaften wie optische Leistung und Lichtflussmessungen eingesetzt werden.
- Diese werden in verschiedenen Arten von optischen Sensoren und Mikroskopen verwendet.
- Fotodetektoren sind für Laser-Entfernungsmesser unverzichtbar.
- Schnelle Fotodetektoren werden üblicherweise in der Glasfaserkommunikation, Frequenzmessung usw. verwendet.
Was ist eine Fotodiode?
Definition einer Fotodiode:
„Eine Fotodiode ist im Grunde eine typische pn-Sperrschichtdiode."
Wenn ein Photon auf die Diode trifft, regt es ein Elektron an und erzeugt ein bewegliches Elektron und ein positives Ladungsloch. Die Absorption erfolgt im Verarmungsbereich der Verbindungsstelle. Der Träger wird durch das eingebaute Potential der Verarmungsregion von der Verbindungsstelle entfernt.
Wie funktioniert eine Fotodiode?
Funktionsprinzip der Fotodiode:
Eine Fotodiode ist ein pn-Übergang oder eine PIN-Konfiguration. Wenn ein Photon auf die Diode trifft, erzeugt es das Elektron und ein positiv geladenes Loch. Wenn im Verarmungsbereich der Verbindungsstelle eine Absorption auftritt, wurden diese Träger in der Verbindungsstelle aus dem eingebauten Bereich dieser Verarmungsregion eingefangen, der einen Photostrom erzeugt hat.
Fotodioden werden häufig unter inverser Vorspannung oder ohne Vorspannung verwendet. Das Licht oder Photon kann einen Strom über diese Schaltung treiben, was zu der Vorwärtsvorspannung führt, die anschließend einen "Dunkelstrom" von der Rückwärtsrichtung zum Photostrom verursacht. Dies wird als natürlicher Effekt bezeichnet und kann die Grundlage für das Design von Solarzellen sein. Ein Solarpanel ist nur eine Kombination mehrerer effektiver Fotodioden.
Die Sperrvorspannung erzeugt einen geringen Strom in genau identischer Richtung. Abgesehen davon weist die Fotodiode weniger Rauschen auf.
Avalanche-Fotodioden haben eine ähnliche Voreinstellung, werden aber normalerweise mit einer größeren Sperrspannung betrieben. Dadurch kann jeder einzelne photogenerierte Anbieter mit einem Lawinendurchbruch multipliziert werden, was zu internen Effekten der Photodiode führt und die Gesamtempfindlichkeit des Geräts verbessert.
Materialien für eine Fotodiode:
In der Fotodiode verwendetes Material:
- Silizium
- Germanium
- Bleisulfid
Das Materialien Die für den Bau von Fotodioden verwendete Methode ist wichtig, um ihre Eigenschaften zu beschreiben, da nur Photonen mit geeigneter Energie Elektronen in der Bandlücke anregen und erhebliche Fotoströme erzeugen können.
Es ist wichtig zu bedenken, dass Fotodioden auf Siliziumbasis eine größere Bandlücke aufweisen und daher weniger Rauschen erzeugen können als Fotodioden auf Germaniumbasis.
Da Transistoren und ICs werden ebenfalls aus Halbleitermaterial hergestellt und umfassen pn-Übergänge, können wie eine Fotodiode wirken. Dies wird nicht akzeptiert, ein undurchsichtiges Gehäuse ist zwingend erforderlich, um diesen Effekt zu beseitigen. Obwohl diese für hochenergetische Strahlungen nicht vollständig undurchlässig sind, können sie dennoch dazu führen, dass ICs aufgrund von induziertem Fotostrom nicht funktionieren.
Anwendungen einer Fotodiode:
- Fotodioden werden in Unterhaltungselektronik verwendet, dh in CD-Playern, Feuer- und Rauchmeldern, Fernbedienungen, Beleuchtung usw.
- Diese werden auch in verschiedenen medizinischen Anwendungen, Detektoren und Hochenergiephysik usw. eingesetzt.
Vor- und Nachteile einer Fotodiode:
VORTEILE-
- Geräuscharm
- Kostengünstig
- Kompakt und leicht.
- Lange Lebensdauer
- Es ist keine Hochspannung erforderlich.
- Hohe Quanteneffizienz.
NACHTEILE-
- Kleiner Bereich
- Kein interner Gewinn
- Viel geringere Empfindlichkeit
- Die Reaktionszeit ist langsamer.
Was sind die Eigenschaften einer Fotodiode?
Es gibt zwei Arten von Eigenschaften von Fotodioden
- Elektrische Eigenschaften
- Optische Eigenschaften
Elektrische Eigenschaften der Fotodiode:
SHUNT RESISTANCE, R.SH
Shunt-Widerstand (R.SH) wird verwendet, um das thermische Rauschen abzuschätzen, wenn keine Sperrvorspannung angelegt wird. Es ist das Verhältnis von Spannung zu Strom.
Sie wird aus der Steigung der VI-Kurve der Fotodiode am Ursprung berechnet.
SERIENWIDERSTAND
Der Serienwiderstand wird durch Rs angegeben und stammt aus den Widerständen von Silizium. Der Ausdruck ist gegeben durch die folgende Gleichung -
VERZWEIGUNGSKAPAZITÄT, (C.j)
Verbindungskapazität (C.j) ist die Kapazität der Diode bei einer gegebenen Sperrvorspannung.
Die Sperrschichtkapazität ist proportional zur Diffusionsfläche und umgekehrt proportional zur Breite der Verarmungsfläche.
Anstiegs- und Fallzeit (tr , Tf )
Die Zeit, die benötigt wird, um neunzig Prozent von zehn Prozent zu erreichen, wird als Anstiegszeit bezeichnet, und die Zeit, die benötigt wird, um von neunzig Prozent auf zehn Prozent zu fallen, wird als Abfallzeit bezeichnet. Dieser Parameter wird üblicherweise im Frequenzgang des 3dB-Abfalls wie folgt ausgedrückt.
tr= 0.35 / f 3dB
AUFTEILUNGSSPANNUNG (V.BR)
Es ist das Maximum negativ Spannung, die an die Diode angelegt werden kann Terminal.
LÄRMÄQUIVALENTE LEISTUNG (N.EP)
Die Photonenintensität ist Voraussetzung, um das Rauschen bei einer bestimmten Sperrvorspannung gleichzusetzen. Es ist eine Messung von N.EP.
ANTWORTZEIT (tr)
Sie wird durch die Zeit definiert, die eine Diode benötigt, um auf einen Lichteingang bei einem bestimmten Betriebsmodus mit Sperrvorspannung zu reagieren.
Kurzschlussstrom (I.SC):
Mit der Diode Stifte kurzgeschlossen, der Strom, der bei einer bestimmten Lichtintensität fließt.
Optische Eigenschaften der Fotodiode:
QUANTUM EFFICIENCY, Q.E
QE wird weitgehend als Prozentsatz der einfallenden Photonen erkannt, die zum Photostrom beitragen.
QE=R obs/R Id (100%)
VERANTWORTUNG, R.
Die Empfindlichkeit einer Silizium-Fotodiode ist die Messung der Lichtempfindlichkeit. Sie ist gegeben durch das Verhältnis von Ip zur kommenden Lichtleistung (P) für die gegebene Wellenlänge.
R = I.P/P bei einer bestimmten Wellenlänge
NICHT EINHEITLICHKEIT
Es ist gut definiert als die Variationen der Empfindlichkeit, die über die aktive Fotodiodenoberfläche mit trivialen Lichtpunkten beobachtet werden.
NICHT-LINEARITÄT
Eine Silizium-Fotodiodencharakteristik ist linearer Natur, obwohl eine geringfügige Änderung des Stroms die Linearität des Photostroms reguliert.
Rauschen in einer Fotodiode:
In einer Fotodiode werden zwei Arten von Rauschen eingeführt; Sie sind
- Schuss Lärm
- Johnson-Rauschen.
Schuss Lärm
Es wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Thermisches Rauschen oder Johnson-Rauschen
Der Fotodetektor kann aufgrund der thermischen Erzeugung des Trägers Johnson-Rauschen erzeugen. Die Größe dieses erzeugten Stromrauschens ist:
Daher ist das Gesamtrauschen,
Erklären Sie die Lawinen- und Zenermechanismen:
Der Lawinenzusammenbruch erfolgt nur bei höheren Spannungen. Angenommen, das elektrische Feld (E) im Übergangsbereich ist enorm. Dann ein e- von der P-Seite ankommende können mit kinetischer Energie beschleunigt werden, um mit dem Gitter zu kollidieren und zu produzieren Ionisation. Die Wechselwirkungen erzeugen eine Trägermultiplikation; Das ursprüngliche Elektron und das erzeugte Elektron werden auf die N-Seite gefegt, und das erzeugte Loch wird auf die P-Seite geschwemmt. Dieser Prozess ist eine Lawine, da jeder ankommende Träger in der Lage ist, die große Anzahl von Trägern zu initiieren.
Der Zener-Effekt tritt auf, sobald das Tunneln von Elektronen vom P-seitigen Valenzband zum N-seitigen Leitungsband erfolgt. Dies kann einen Rückstromfluss vom N- zum P-Anschluss verursachen. Grundlegende Unvermeidlichkeiten für den Tunnelstrom sind eine große Anzahl von Elektronen, die durch eine dünne Barriere von einer beträchtlichen Menge unbesetzten Zustands abgelöst werden. Da die Tunnelwahrscheinlichkeit von der Barrierebreite abhängt, muss die Dotierung groß sein.
Vergleichen Sie zwischen Fototransistor und Fotodiode:
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