Fotodioda półprzewodnikowa

Fotodiodadioda półprzewodnikowa pracująca jako fotodetektor.

Symbol fotodiody
Fotodioda

Fotodiody wykonane są jako elementy złącza p-n lub p-i-n, z warstwą samoistną (niedomieszkowaną). Fotony padające na złącze są absorbowane (zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne) w rezultacie czego elektron zostaje przeniesiony do pasma przewodnictwa i powstaje para elektron-dziura. Elektrony swobodne są przyciągane przez dodatni ładunek przestrzenny na granicy obszaru typu n, dziury zaś wędrują do obszaru typu p. Prąd przewodzenia złącza p-n zwiększa się wraz ze wzrostem strumienia świetlnego. Złącze musi być spolaryzowane zaporowo z zewnętrznego źródła napięcia.

Tryby pracy edytuj

  • Brak polaryzacji – dioda pracuje jako źródło prądu elektrycznego, przy oświetleniu w złączu powstaje siła elektromotoryczna wywołująca prąd elektryczny (fotoprąd lub zjawisko fotowoltaiczne).
  • przy polaryzacji zaporowej – do diody podłączone jest napięcie w kierunku zaporowym, dioda pełni rolę rezystora którego opór zależy od oświetlenia. Przy braku światła płynie tzw. prąd ciemny. Po oświetleniu liczba ładunków mniejszościowych wzrasta, a co za tym idzie wzrasta prąd wsteczny.

Zastosowania edytuj

W obu przypadkach można wykorzystać fotodiodę jako detektor.

Typowe konstrukcje edytuj

  • stopowa (częstotliwość graniczna fgr~10 MHz)
  • dyfuzyjna-mesa (fgr ~ 100 MHz)
  • dyfuzyjna-planarna (fgr ~ 100 MHz)
  • pin (fgr ~ 10 GHz, napięcie zasilające 1 V ~100 V)
  • fotodioda lawinowa (fgr ~ GHz, napięcie zasilające 200 V ~ 400 V)
  • ostrzowa.

Ciemna rezystancja edytuj

Prawdą jest, że w krysztale półprzewodnika również w bardzo ciemnych warunkach stale występują nośniki ładunków mniejszościowych - te nośniki ładunków mniejszościowych w krysztale półprzewodnika istnieją z powodu nieuniknionych zanieczyszczeń i naturalnych wzbudzeń termicznych kryształu. Dlatego nawet w ciemności w diodzie występuje niewielki i ciągły prąd wstecznego nasycenia. Prąd ten jest przejmowany przez fotodiodę i nazywany jest prądem ciemnym. Stosunek optymalnie wytrzymałego napięcia wstecznego do prądu ciemnego fotodiody nazywa się opornością ciemną diody.

Gdy do diody doprowadzimy światło, prąd wsteczny z pewnością wzrośnie. To połączenie jest liniowe. Wartość prądu wstecznego jest wprost proporcjonalna do natężenia światła padającego na diodę.

Jeśli zwiększymy natężenie światła, w przybliżeniu uzyskamy określoną wartość prądu wstecznego. Prąd nie będzie wzrastał wraz ze wzrostem natężenia światła. Tę maksymalną wartość prądu wstecznego nazywamy prądem nasycenia fotodiody.[1]

Bibliografia edytuj

  • Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków – Praca zbiorowa, Warszawa 1978

Przypisy edytuj

  1. Michal, What is Photodiode - How does a photodiode works - 911electronic.com [online], 911 Electronic, 14 marca 2022 [dostęp 2022-05-17] (ang.).

Zobacz też edytuj