Eine Fotodiode ist ein Typ des Photoentdeckers, der dazu fähig ist, Licht entweder in den Strom oder in die Stromspannung abhängig von Verfahrensweise umzuwandeln.

Die allgemeine, traditionelle Sonnenzelle hat gepflegt, zu erzeugen

elektrische Sonnenmacht ist eine große Bereichsfotodiode.

Fotodioden sind regelmäßigen Halbleiter-Dioden ähnlich, außer dass sie entweder ausgestellt (um Vakuum-UV oder Röntgenstrahlen zu entdecken), oder mit einem Fenster oder Glasfaserleiter-Verbindung paketiert werden können, um Licht zu erlauben, den empfindlichen Teil des Geräts zu erreichen. Viele Dioden, die für den Gebrauch spezifisch als eine Fotodiode entworfen sind, verwenden einen Verbindungspunkt der persönlichen Geheimzahl aber nicht einen p-n Verbindungspunkt, um die Geschwindigkeit der Antwort zu vergrößern. Eine Fotodiode wird entworfen, um in der Rückneigung zu funktionieren.

Grundsatz der Operation

Eine Fotodiode ist ein p-n Verbindungspunkt oder Struktur der persönlichen Geheimzahl. Wenn ein Foton der genügend Energie die Diode schlägt, erregt es ein Elektron, dadurch ein freies Elektron (und ein positiv beladenes Elektronloch) schaffend. Dieser Mechanismus ist auch bekannt als die innere fotoelektrische Wirkung. Wenn die Absorption im Erschöpfungsgebiet des Verbindungspunkts oder einer Verbreitungslänge weg davon vorkommt, werden diese Transportunternehmen vom Verbindungspunkt durch das eingebaute Feld des Erschöpfungsgebiets gekehrt. So werden Loch-Bewegung zur Anode, und Elektronen zur Kathode und ein Photostrom erzeugt. Dieser Photostrom ist die Summe von beiden der dunkle Strom (ohne Licht) und der leichte Strom, so muss der dunkle Strom minimiert werden, um die Empfindlichkeit des Geräts zu erhöhen.

Weise von Photovoltaic

Wenn verwendet, in der Nullneigung oder photovoltaic Weise wird der Fluss des Photostroms aus dem Gerät eingeschränkt, und eine Stromspannung entwickelt sich. Diese Weise nutzt die photovoltaic Wirkung aus, die die Basis für Sonnenzellen ist - ist eine traditionelle Sonnenzelle gerade eine große Bereichsfotodiode.

Photoleitende Weise

In dieser Weise ist die Diode häufig beeinflusst (mit der Kathode positiv) Rück-, drastisch die Ansprechzeit auf Kosten des vergrößerten Geräusches reduzierend. Das vergrößert die Breite der Erschöpfungsschicht, die die Kapazität des Verbindungspunkts vermindert, die in schnelleren Ansprechzeiten resultiert. Die Rückneigung veranlasst nur einen kleinen Betrag des Stroms (bekannt als Sättigung oder Zurückstrom) entlang seiner Richtung, während der Photostrom eigentlich dasselbe bleibt. Für einen gegebenen geisterhaften Vertrieb ist der Photostrom zum illuminance (und zum Ausstrahlen) linear proportional.

Obwohl diese Weise schneller ist, neigt die photoleitende Weise dazu, mehr elektronisches Geräusch auszustellen. Der Leckage-Strom einer guten Diode der persönlichen Geheimzahl ist so niedrig (<1 nA), dass das Geräusch von Johnson-Nyquist des Lastwiderstands in einem typischen Stromkreis häufig vorherrscht.

Andere Verfahrensweisen

Lawine-Fotodioden haben eine ähnliche Struktur zu regelmäßigen Fotodioden, aber sie werden mit der viel höheren Rückneigung bedient. Das erlaubt jedem photoerzeugten Transportunternehmen, mit der Lawine-Depression multipliziert zu werden, auf inneren Gewinn innerhalb der Fotodiode hinauslaufend, die den wirksamen responsivity des Geräts vergrößert.

Ein Fototransistor ist hauptsächlich ein bipolar in einem durchsichtigen Fall eingeschlossener Transistor, so dass Licht den Grundsammler-Verbindungspunkt erreichen kann. Es wurde von Dr John N. Shive (berühmter wegen seiner Welle-Maschine) an Glockenlaboratorien 1950 erfunden. Die Elektronen, die durch Fotonen im Grundsammler-Verbindungspunkt erzeugt werden, werden in die Basis eingespritzt, und dieser Fotodiode-Strom wird durch den Strom-Gewinn-β des Transistors (oder h) verstärkt. Wenn der Emitter unverbunden verlassen wird, wird der Fototransistor eine Fotodiode. Während Fototransistoren einen höheren responsivity für das Licht haben, sind sie nicht im Stande, niedrige Stufen des Lichtes etwas besser zu entdecken, als Fotodioden. Fototransistoren haben auch bedeutsam längere Ansprechzeiten.

Materialien

Das Material, das verwendet ist, um eine Fotodiode zu machen, ist zum Definieren seiner Eigenschaften kritisch, weil nur Fotonen mit der genügend Energie, Elektronen über den bandgap des Materials zu erregen, bedeutende Photoströme erzeugen werden.

Materialien haben allgemein gepflegt, Fotodioden zu erzeugen, schließen Sie ein:

Wegen ihres größeren bandgap erzeugen silikonbasierte Fotodioden weniger Geräusch als Germanium-basierte Fotodioden.

Unerwünschte Fotodioden

Jeder p-n Verbindungspunkt, wenn illuminiert, ist potenziell eine Fotodiode. Halbleiter-Geräte wie Transistoren und ICs enthalten p-n Verbindungspunkte, und werden richtig nicht fungieren, wenn sie durch die unerwünschte elektromagnetische Radiation (Licht) der Wellenlänge illuminiert werden, die passend ist, um einen Photostrom zu erzeugen; das wird vermieden, indem es Geräte in undurchsichtigem housings kurz zusammengefasst wird. Wenn diese housings zur energiereichen Radiation nicht völlig undurchsichtig sind (ultraviolett, Röntgenstrahlen, Gammastrahlung), können Transistoren und ICs wegen veranlasster Photoströme schlecht funktionieren. Plastikfälle sind verwundbarer als metallene.

Eigenschaften

Kritische Leistungsrahmen einer Fotodiode schließen ein:

Responsivity: Das Verhältnis des erzeugten Photostroms zur Ereignis-Licht-Macht, die normalerweise in A/W, wenn verwendet, in der photoleitenden Weise ausgedrückt ist. Der responsivity kann auch als eine Quant-Leistungsfähigkeit oder das Verhältnis der Zahl von photoerzeugten Transportunternehmen zu Ereignis-Fotonen und so einer unitless Menge ausgedrückt werden.

Dunkler Strom: Der Strom durch die Fotodiode ohne Licht, wenn es in der photoleitenden Weise bedient wird. Der dunkle Strom schließt Photostrom ein, der durch die Hintergrundradiation und den Sättigungsstrom des Halbleiter-Verbindungspunkts erzeugt ist. Dunkler Strom muss durch die Kalibrierung verantwortlich gewesen werden, wenn eine Fotodiode verwendet wird, um ein genaues optisches Macht-Maß zu machen, und es auch eine Quelle des Geräusches ist, wenn eine Fotodiode in einem optischen Nachrichtensystem verwendet wird.

Geräuschgleichwertige Macht: (NEP) Der minimale Eingang optische Macht, Photostrom zu erzeugen, der dem rms Geräuschstrom in einer 1-Hertz-Bandbreite gleich ist. Die zusammenhängende Eigenschaft detectivity (D) ist das Gegenteil von NEP, 1/NEP; und der spezifische detectivity ist der detectivity, der zum Gebiet (A) des Photoentdeckers normalisiert ist. Der NEP ist grob die minimale feststellbare Eingangsmacht einer Fotodiode.

Wenn eine Fotodiode in einem optischen Nachrichtensystem verwendet wird, tragen diese Rahmen zur Empfindlichkeit des optischen Empfängers bei, der die minimale für den Empfänger erforderliche Eingangsmacht ist, eine angegebene Bit-Fehlerrate zu erreichen.

Anwendungen

P-N Fotodioden werden in ähnlichen Anwendungen auf andere Photoentdecker, wie Photoleiter, ladungsgekoppelte Halbleiterbausteine und Photovermehrer-Tuben verwendet. Sie können verwendet werden, um eine Produktion zu erzeugen, die auf die Beleuchtung abhängig ist (Analogon; für das Maß und ähnlich), oder den Staat des Schaltsystemes (digital zu ändern; entweder für die Kontrolle und Schaltung oder für Digitalsignalverarbeitung).

Fotodioden werden in Verbraucherelektronik-Geräten wie CD-Spieler, Rauchmelder verwendet, und die Empfänger für Infrarotfernbedienungsgeräte haben gepflegt, Ausrüstung von Fernsehen bis Klimaanlagen zu kontrollieren. Für viele Anwendungen können entweder Fotodioden oder Photoleiter verwendet werden. Entweder der Typ des Photosensors kann für das leichte Maß, so unter Ausschluss der Öffentlichkeit leichte Meter verwendet werden, oder auf leichte Niveaus zu antworten, wie im Einschalten der Straße, die sich nach der Dunkelheit entzündet.

Photosensoren aller Typen können verwendet werden, um auf das Ereignis-Licht, oder auf eine Quelle des Lichtes zu antworten, das ein Teil desselben Stromkreises oder Systems ist. Eine Fotodiode wird häufig in einen einzelnen Bestandteil mit einem Emitter des Lichtes, gewöhnlich eine Licht ausstrahlende Diode (LED) verbunden, irgendein, um die Anwesenheit eines mechanischen Hindernisses für den Balken zu entdecken (hat optischen Schalter eingesteckt), oder zwei digitale oder analoge Stromkreise zu verbinden, während man äußerst hohe elektrische Isolierung zwischen ihnen, häufig für die Sicherheit (optocoupler) aufrechterhält.

Fotodioden werden häufig für das genaue Maß der leichten Intensität in der Wissenschaft und Industrie verwendet. Sie haben allgemein eine mehr geradlinige Antwort als Photoleiter.

Sie werden auch in verschiedenen medizinischen Anwendungen, wie Entdecker für die geschätzte Tomographie (verbunden mit scintillators), Instrumente weit verwendet, um Proben (immunoassay) und Puls oximeters zu analysieren.

Dioden der persönlichen Geheimzahl sind viel schneller und empfindlicher als p-n Verbindungspunkt-Dioden, und werden häufig folglich für optische Kommunikationen und in der sich entzündenden Regulierung verwendet.

P-N Fotodioden werden nicht verwendet, um äußerst niedrige leichte Intensitäten zu messen. Statt dessen, wenn hohe Empfindlichkeit erforderlich ist, werden Lawine-Fotodioden, verstärkte ladungsgekoppelte Halbleiterbausteine oder Photovermehrer-Tuben für Anwendungen wie Astronomie, Spektroskopie, Nachtvisionsausrüstung und Laser rangefinding verwendet.

Vergleich mit Photovermehrern

Vorteile im Vergleich zu Photovermehrern:

1. Ausgezeichnete Linearität des Produktionsstroms als eine Funktion des Ereignis-Lichtes
2. Geisterhafte Antwort von 190 nm bis 1100 nm (Silikon), längere Wellenlängen mit anderen Halbleiter-Materialien
3. Niedriges Geräusch
4. Ruggedized zu mechanischer Betonung
5. Niedrig Kosten
6. Kompaktes und leichtes Gewicht
7. Lange Lebenszeit
8. Hohe Quant-Leistungsfähigkeit, normalerweise 80%
9. Keine Hochspannung hat verlangt

Nachteile im Vergleich zu Photovermehrern:

1. Kleines Gebiet
2. Kein innerer Gewinn (außer Lawine-Fotodioden, aber ihrem Gewinn ist normalerweise 10-10 im Vergleich zu bis zu 10 für den Photovermehrer)
3. Viel tiefer gesamte Empfindlichkeit
4. Foton, nur möglich mit besonders bestimmtem, gewöhnlich abgekühlte Fotodioden, mit speziellen elektronischen Stromkreisen zählend
5. Die Ansprechzeit für viele Designs ist langsamerer

Fotodiode-Reihe

Eine eindimensionale Reihe von Hunderten oder Tausenden von Fotodioden kann als ein Positionssensor zum Beispiel als ein Teil eines Winkelsensors verwendet werden.

Ein Vorteil der Fotodiode-Reihe (PDAs) besteht darin, dass sie hohe vorgelesene Geschwindigkeitsparallele berücksichtigen, da die Fahrelektronik im ähnlichen ein traditioneller CMOS oder CCD Sensor nicht gebaut werden darf.

Siehe auch

• Elektronik

• Infraroter
• Optoelectronics
• Optische Verbindung
• Leichte Spitze
• Verbindungsengpass
• Lichtwellenleiterkabel
• Optische Kommunikation
• Passen Sie optischer Schnittstelle an
• Opto-isolator
• Halbleiter-Gerät
• Sonnenzelle
• Lawine-Fotodiode
• Wandler
• LEDs als Fotodiode-Licht-Sensoren
• Leichter Meter
• Bildsensor
• Gowar, John, Optische Nachrichtensysteme, 2 Hrsg., Prentice-Saal, Hempstead das Vereinigte Königreich, 1993 (internationale Standardbuchnummer 0-13-638727-6)

Links

• Technische Information Hamamatsu Photonics
• Das Verwenden der Fotodiode, um den PC einem Leichten Intensitätsholzfäller umzuwandeln
• Designgrundlagen für Fototransistor-Stromkreise
• Arbeitsgrundsätze von Fotodioden