Apa Itu Fotodioda? (Bagian 2)

Masalah berikut dapat diselesaikan dengan menggunakanFotodiodaatau Fototransistor. Misalnya, kamera ponsel perlu mengukur cahaya sekitar untuk menentukan apakah lampu kilat perlu diaktifkan. Bagaimana cara menilai kadar oksigen dalam darah secara noninvasif? Perangkat optoelektronik ini mengubah cahaya (foton) menjadi sinyal listrik yang dapat "dilihat" oleh mikroprosesor (atau mikrokontroler). Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengontrol posisi dan susunan objek, menentukan intensitas cahaya, dan mengukur sifat fisik material berdasarkan interaksinya dengan cahaya.

Sekarang mari kita bicara tentang bagian kedua.

1. Struktur fotodioda

Salah satu persyaratan utama untuk fotodioda adalah area yang cocok untuk mengumpulkan cahaya. Dalam persimpangan PN standar, ini relatif kecil, tetapi area dapat ditingkatkan dengan menggunakan dioda PIN. Karena wilayah intrinsik terkandung dalam sambungan aktif yang digunakan untuk pengumpulan cahaya, wilayah yang digunakan untuk pengumpulan cahaya jauh lebih besar, membuat fotodioda PIN lebih efisien.

Dalam proses pembuatan fotodioda, lapisan intrinsik yang tebal disisipkan di antara lapisan tipe-P dan tipe-N. Lapisan eigen perantara dapat sepenuhnya eigen atau diolah dengan sangat ringan untuk menjadikannya lapisan-N. Dalam beberapa kasus, dapat ditanam ke substrat sebagai lapisan epitaxial, atau dapat terkandung di dalam substrat itu sendiri.

Lapisan difusi P plus dapat dikembangkan pada lapisan epitaxial tipe-N yang sangat diolah. Kontak terbuat dari desain logam dan dapat dibuat menjadi dua terminal seperti anoda dan katoda. Area depan dioda dapat dibagi menjadi dua jenis, seperti permukaan aktif dan permukaan pasif.

Desain permukaan yang tidak aktif dapat dilakukan dengan silikon dioksida (SiO2). Pada permukaan yang aktif, cahaya dapat menyinarinya, sedangkan pada permukaan yang tidak aktif, cahaya tidak dapat menyinari. Dengan menutupi permukaan aktif dengan bahan anti-reflektif, energi cahaya tidak hilang, dan maksimum dapat diubah menjadi arus listrik.

Salah satu persyaratan utama dari fotodioda adalah untuk memastikan bahwa jumlah maksimum cahaya mencapai lapisan intrinsik. Salah satu cara paling efisien untuk mencapainya adalah dengan menempatkan kontak listrik di samping perangkat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ini memungkinkan jumlah maksimum cahaya untuk mencapai wilayah efektif. Ditemukan bahwa karena substrat sangat didoping, hampir tidak ada kehilangan cahaya karena ini bukan daerah aktif.

Karena sebagian besar cahaya diserap dalam jarak tertentu, ketebalan lapisan intrinsik biasanya sesuai dengan ini. Peningkatan apa pun melebihi ketebalan ini akan mengurangi kecepatan operasi - faktor penting dalam banyak aplikasi - dan tidak akan meningkatkan efisiensi secara besar-besaran.

Cahaya juga dapat masuk ke fotodioda dari satu sisi persimpangan. Dengan mengoperasikan fotodioda dengan cara ini, lebih sedikit lapisan intrinsik yang dapat dibuat untuk meningkatkan kecepatan operasi, meskipun dengan efisiensi yang berkurang.

Dalam beberapa kasus, sambungan hetero dapat digunakan. Bentuk konstruksi ini memiliki fleksibilitas tambahan untuk menerima cahaya dari substrat dan memiliki celah energi yang lebih besar, menjadikannya transparan terhadap cahaya.

Sebagai proses yang kurang standar, penerapannya lebih mahal dan karena itu cenderung digunakan untuk produk yang lebih terspesialisasi.

2. Karakteristik fotodioda

(1) karakteristik volt-ampere

Ini mengacu pada hubungan antara arus foto pada dioda dan tegangan yang diterapkan padanya.

(2) Karakteristik pencahayaan

Ini mengacu pada hubungan antara fluks bercahaya dan arus foto ketika tegangan fotodioda antara katoda dan anoda konstan. Kemiringan kurva karakteristik cahaya disebut sensitivitas fotodioda.

(3) Karakteristik spektral

Hubungan antara arus foto dan panjang gelombang cahaya datang disebut properti spektral. Energi foton berhubungan dengan panjang gelombang cahaya: semakin panjang panjang gelombangnya, semakin kecil energi fotonnya; Semakin pendek panjang gelombang, semakin energik foton.

3. Fungsi fotodioda

(1) Kontrol cahaya

Fotodioda dapat digunakan sebagai sakelar fotolistrik, dan rangkaiannya ditunjukkan pada gambar berikut. Ketika tidak ada cahaya, fotodioda VD1 terputus karena tegangan balik. Transistor VT1 dan VT2 juga terputus tanpa arus basis. Relai dalam keadaan lepas.

Ketika cahaya dipancarkan pada VD1, transisi dari cutoff ke konduksi. Akibatnya, VT1 dan VT2 menyala berturut-turut, relai K ditarik, dan sirkuit kontrol dihidupkan.

(2) penerimaan sinyal optik

Fotodioda dapat digunakan untuk menerima sinyal cahaya. Gambar berikut menunjukkan rangkaian fotodioda penerima sinyal optik amplifikasi. Sinyal cahaya diterima oleh fotodioda VD, diperkuat oleh VT, dan dikeluarkan oleh kapasitor kopling C.

4. Aplikasi fotodioda

(1) Fotosel

Fotosel pada dasarnya adalah area yang luas dari persimpangan PN. Ketika cahaya dipancarkan pada permukaan PN-junction, seperti permukaan P-region, setiap foton di P-region menghasilkan pasangan lubang elektron bebas jika energi foton lebih besar daripada bandwidth celah pita bahan semikonduktor.

Pasangan lubang elektron dengan cepat berdifusi ke dalam dan membentuk gaya gerak listrik yang berhubungan dengan intensitas cahaya di bawah medan listrik persimpangan. Saat ini, jika kita menggunakannya sebagai catu daya dan menghubungkannya ke sirkuit eksternal, selama ada cahaya, ia akan terus memasok daya, yaitu fotosel. Dengan kata lain, fotosel adalah perangkat fotolistrik PN-junction tanpa tegangan bias. Itu dapat langsung mengubah energi cahaya menjadi listrik.

(2) Sel surya

Sel surya adalah perangkat semikonduktor. Ketika sinar matahari mengenai semikonduktor, sebagian dipantulkan dan sisanya diserap atau menembus semikonduktor. Beberapa cahaya yang diserap menjadi panas, sementara foton lainnya bertabrakan dengan elektron valensi yang membentuk semikonduktor, menciptakan pasangan elektron-lubang. Dengan cara ini, energi cahaya diubah menjadi listrik.

Oleh karena itu, setelah sinar matahari disinari, kedua ujung sel surya akan menghasilkan tegangan DC, sehingga mengubah energi sinar matahari secara langsung menjadi arus DC. Jika kita menyolder timah logam ke lapisan P dan N dan menghubungkan beban, arus akan mengalir melalui sirkuit eksternal.

Dengan cara ini, jika kita menghubungkan rangkaian fotosel secara paralel, tegangan dan arus tertentu dapat dihasilkan untuk menghasilkan daya.

(3) sistem pencahayaan fotovoltaik

Sistem pembangkit listrik fotovoltaik adalah sistem pembangkit listrik yang menggunakan sel surya untuk mengubah energi matahari menjadi listrik. Ini menggunakan efek fotovoltaik.

Komponen utamanya adalah sel surya, baterai, pengontrol, dan inverter. Keandalan tinggi, masa pakai yang lama, tanpa polusi, pembangkit listrik independen, operasi yang terhubung dengan jaringan fotodioda.

Karena mode fotovoltaik fotodioda sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan eksternal seperti cahaya dan suhu, titik operasi berubah dengan cepat. Ada sistem pembangkit listrik independen dan sistem pembangkit listrik yang terhubung ke jaringan.

① Sistem pembangkit listrik fotovoltaik independen

Sistem pembangkit listrik fotovoltaik independen adalah metode pembangkit listrik yang tidak terhubung ke jaringan listrik. Perlu baterai untuk menyimpan energi untuk malam. Pembangkit listrik fotovoltaik surya independen terutama digunakan di desa dan rumah terpencil

Diagram struktur sistem pembangkit volt

② sistem pembangkit listrik fotovoltaik yang terhubung ke jaringan

Sistem pembangkit listrik fotovoltaik yang terhubung ke jaringan terhubung ke jaringan nasional untuk memasok daya ke jaringan. Tidak perlu baterai. Sistem pembangkit listrik fotovoltaik perumahan sebagian besar berada di rumah. Mereka juga digunakan dalam utilitas publik, sistem pencahayaan lanskap malam, dan ladang surya.

(4) Aplikasi fotodioda lainnya adalah:

•Sebuah fotodioda digunakan sebagai sensor cahaya. Karena arus di dalamnya sebanding dengan intensitas cahaya, ia juga digunakan untuk mengukur intensitas cahaya.

• Fotodioda pada detektor asap dapat digunakan untuk mendeteksi asap dan api.

• Fotodioda dan LED digabungkan untuk membuat isolator optik dan skrup optik

• Digunakan sebagai sel surya di panel surya

• Digunakan untuk pemindai barcode, pengenalan karakter

•Untuk sistem deteksi halangan,

• Dapat digunakan sebagai page presence dan page counter pada printer

• Untuk deteksi kedekatan, sebuah oksimeter

•Hal ini juga digunakan untuk encoders optik dan decoder

• Transmisi informasi optik, berdasarkan komunikasi serat optik

• Sensor posisi

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Di mana pun pelanggan kami berada dan apa persyaratan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga rendah, dan layanan terbaik.