Fotodioda

Fotodioda

Fotodiode de siliciu sunt dispozitive semiconductoare care răspund la particule cu valori ridicate de energie şi fotoni. Fotodiode operează prin absorbţie de fotoni sau de particule încărcate şi generează un flux de curent într-un circuit extern, proporţional cu puterea incident. Fotodiode pot fi folosite pentru a detecta prezenta sau absenta de cantităţi infime de lumină şi pot fi calibrate pentru măsurători extrem de precise de la intensităţi sub 1 pW/cm2 la intensităţi mai mari de 100 mW/cm2. Fotodiode de siliciu sunt utilizate în aplicaţii diverse, precum spectroscopie, fotografie, instrumente analitice, senzori optici de poziţie, fascicul de aliniere, caracterizarea de suprafaţă, telemetri cu laser, comunicaţiile optice, şi instrumente medicale de imagistica.

Constructia Fotodiodei difuze plane

Fotodiode plane difuze de siliciu sunt pur şi simplu P-N diode de jonctiune. O joncţiune P-N poate fi formată din difuzie, fie o impuritate de tip P (anod), cum ar fi bor, într-o plachetă de siliciu de tip N-vrac, sau un tip N impuritate, cum ar fi fosfor, într-o plachetă de siliciu de tip P-vrac. Zona difuzata defineşte zona activă a fotodiodei. Pentru a forma un contact ohmic o altă impuritate de difuzie în partea din spate amembranei este necesară.Impuritate este tip N-pentru zona activăde tip P şi de tip P

pentru o zona de tip N activă. Plăcuţele de contact sunt depozitate pe suprafaţa activă faţă pe zone definite, şi pepartea din spate, care acoperă complet aparatul. Zona activă este apoi depus cu stratanti-reflexie pentru a aeduce reflectarea luminii pentru o anumită lungime de undă predefinită.Zona non-activă pe partea de sus este acoperit cu o grosime de strat de oxid de siliciu. Prin controlul grosimi de substrat în vrac, viteza şi responsivitate a fotodiodei poate fi controlată. Reţineţi că, atunci când fotodiode tendenţioase, trebuie să fie operate înmodul de părtinire inversă, adică o tensiune negativă aplicată la anod şi catod tensiune pozitivă.

Principiul de functionare

Siliciul este un semiconductor cu o energie de banda de 1.12 eV la temperatura camerei. Aceasta este diferenţa între banda de valenţă şi banda de conducţie. La temperatura de zero absolut banda de valenţă este complet umpluta şi banda de conducţie este vacant. Pe măsură ce temperatura creşte, electronii se excita şi trec din banda de valenţă labanda de conducţie de energie termică. Electronii pot de asemenea, fie trec la banda de conducţie de particule sau de fotoni, cuenergii mai mare decât 1.12eV, care corespunde la lungimi de unda mai scurte de 1100 nm. Electronii care rezultă din banda de conducţie sunt liberi de a conduce curentul. Datorită pantei de concentrare, difuzarea de electroni de tip N la regiune la regiune, de tip P şi difuzarea de găuri din P la regiune la regiune, de tip N, dezvoltă o tensiune încorporat în de jonctiune.difuzarea inter-de electroni şi goluri între N-P şi regiuni din rezultatele de jonctiune într-o regiune cu nici transportatorii gratuite. Aceasta este regiunea epuizarea. Tensiunea încorporată de-a lungul zonei de golire rezultat într-un câmp electric cu joncţiunea maximă şi nu în afara câmpului de epuizare a regiunii. Orice părtinire inversăaplicate adaugă la construit în tensiune şi rezultatele într-o regiune mai mare epuizare.Perechi electron-gol generate de lumina sunt măturate de derivă în regiune, epuizarea şi sunt colectate de difuzarea din regiune neterminata. Generat actual este proporţională culumina incidentă sau puterea de radiaţii.Lumina este absorbita exponenţial cu distanţa şi este proporţională a coeficientului de absorbţie.Coeficientul de absorbţie este foarte mare pentru lungimi de undă mai scurte din regiune UV şi este prea mic pentru lungimi de unda mai lungi (Figura 2). Prin urmare, fotoni scurte lungime de undă, cum ar fi UV,sunt absorbite într-un strat subţire de siliciu în timp ce suprafaţa de sus devine transparent la lumină lungimi de undă mai mare de 1200 nm. Mai mult decât atât, fotoni cu energii mai mici decât banda nu sunt absorbite la toate.

Caracteristici electrice

O fotodiodă de siliciu poate fi reprezentat de o sursă de curent în parallel cu o dioda ideală (Figure. 3).Sursă de curent reprezintă curent generate de radiaţii incident, şi dioda reprezintă joncţiunea p-n. În plus, o capacitate de joncţiune (CJ), şi un şunt rezistent (RSH), sunt, în paralel cu celelalte componente. Rezistenta (RS) este conectat în serie, cu toate componentele în acest model.

Rezistenta Shunt, RSH

Rezistenţa Shunt este panta curbei de tensiune si curenţi a fotodiodei la origine, adică V = 0. Deşi o fotodiodă ideală ar trebui să aiba o rezistenţă shunt de valori infinite, efective variază de la 10s la 1000 de ohmi Mega. Experimental este obţinut prin aplicarea ± 10 mV, măsurarea curentului şi calcularea rezistenta. Pompare rezistenta este folosit pentru a determina zgomotul curent în fotodiodă cu nici o părtinire (modul fotovoltaic). Pentru cele mai bune performanţe fotodiodă cea mai mare rezistenţa şhunt este dorit.