Полупроводниковый фотодиод: Полупроводниковый фотодиод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Содержание

Полупроводниковый фотодиод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1


Движение неравно — [ IMAGE ] Обратные ветви весных носителей заряда, об — ВАХ фотодиода при раз-разованных квантами света в личных световых потоках р-п — переходе или вблизи него, при обратном напряжении на переходе.  [1]

Полупроводниковый фотодиод — это полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности.  [2]

Конструкция фотодиода.  [3]

Полупроводниковые фотодиоды как фотоэлементы применяются в качестве измерительных датчиков для преобразования оптических величин ( освещенности, температуры пламени и пр.  [4]

Полупроводниковые фотодиоды основаны на использовании p — j — д-перехода и характеризуются высокой чувствительностью, малой инерционностью и стабильностью параметров во времени.

 [5]

В полупроводниковом фотодиоде имеется электронно-дырочный переход, облучаемый светом.  [6]

К фототранзисторам относят полупроводниковые фотодиоды и фототриоды, которые конструктивно отличаются от обычных полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов лишь тем, что у них в корпусе имеется окно, пропускающее световой поток и фокусирующее его в области п-р-перехода. Фототранзисторы включаются в электрическую цепь также, как и биполярные транзисторы: на них подается напряжение питания в полярности — обратной на коллектор, прямой — на эмиттер.  [7]

В случае узкополосного детектирования полупроводниковые фотодиоды имеют rfR3KB ss 10 при 3 Ггц и порядка единицы при 10 Ггц, что значительно больше, чем у фотосопротивлений.  [8]

Пере менным сопротивлением является полупроводниковый фотодиод.  [9]

Принцип оптического гетеродинирования.  [10]

В качестве детектора-смесителя могут быть использованы фотоэлементы, фотоумножители, полупроводниковые фотодиоды, фотосопротивления и другие типы оптических детекторов.  [11]

В качестве фотодатчиков для устройств автоматического управления на станках почти исключительно применяются полупроводниковые фотодиоды и фотосопротивления. Вакуумные фотоэлементы вытеснены вследствие их низкой чувствительности; фотоумножители отличаются невысокой стабильностью, относительно большими га — щс баритами и высоким напряжением питания, поэтому применяются лишь в специальных случаях.  [12]

В качестве детекторов светового излучения, подключаемых к противоположному концу световода, в основном используют полупроводниковые фотодиоды. За счет внутреннего фотоэффекта оптический сигнал преобразуется в них в электрический. Используют простые рп-диоды, pin — диоды и лавинные фотодиоды. Устройство этих приборов подробно обсуждается в разд.

Частотная характеристика определяется не только диффузионными процессами и временами жизни носителей заряда в диодах, но и характеристиками внешнего нагрузочного контура.  [13]

Простейшими устройствами подобного типа, как уже упоминалось, являются приборы, основанные на использовании фотоэффекта и теплового действия излучения: вакуумные и полупроводниковые фотодиоды, фотосопротивления, болометры.  [14]

Градиентометр первого порядка на основе датчиков МОН автоколебательного и фильтрового типов.  [15]

Страницы:      1    2

описание принципа работы, схема, характеристики, способы применения

Обновлена: 11 Октября 2022 4196 1

Поделиться с друзьями

Фотодиоды – полупроводниковые элементы, обладающие светочувствительностью. Их основная функция – трансформация светового потока в электросигнал. Такие полупроводники применяются в составе различных приборов, функционирование которых базируется на использовании световых потоков.

Принцип работы фотодиодов

Основа действия фотодиодных элементов – внутренний фотоэффект. Он заключается в возникновении в полупроводнике под воздействием светового потока неравновесных электронов и дырок (то есть незаполненных валентных связей, проявляющих себя как носители положительного заряда, который равен заряду электрона), которые формируют фотоэлектродвижущую силу.

  • При попадании света на p-n переход происходит поглощение световых квантов с образованием фотоносителей
  • Фотоносители, находящиеся в области n, подходят к границе, на которой они разделяются под влиянием электрополя
  • Дырки перемещаются в зону p, а электроны собираются в зоне n или около границы
  • Дырки заряжают p-область положительно, а электроны – n-зону отрицательно. Образуется разность потенциалов
  • Чем выше освещенность, тем больше обратный ток

Если полупроводник находится в темноте, то его свойства аналогичны обычному диоду. При прозванивании тестером в отсутствии освещения результаты будут аналогичны тестированию обычного диода. В прямом направлении будет присутствовать маленькое сопротивление, в обратном – стрелка останется на нуле.

Схема фотодиода

Режимы работы

Фотодиоды разделяют по режиму функционирования.

Режим фотогенератора

Осуществляется без источника электропитания. Фотогенераторы, являющиеся комплектующими солнечных батарей, иначе называют «солнечными элементами». Их функция – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Наиболее распространены фотогенераторы, созданные на базе кремния – дешевого, распространенного, хорошо изученного. Обладают невысокой стоимостью, но их КПД достигает всего 20%. Более прогрессивными являются пленочные элементы.

Режим фотопреобразования

Источник электропитания в схему подключается с обратной полярностью, фотодиод в данном случае служит датчиком освещенности.

Основные параметры

Свойства фотодиодов определяют следующие характеристики:

  • Вольтамперная. Определяет изменение величины светового тока в соответствии с меняющимся напряжением при стабильных потоке света и темновом токе
  • Спектральная. Характеризует влияние длины световой волны на фототок
  • Постоянная времени – это период, в ходе которого ток реагирует на увеличение затемнения или освещенности на 63% от установленного значения
  • Порог чувствительности – минимальный световой поток, на который реагирует диод
  • Темновое сопротивление – показатель, характерный для полупроводника при отсутствии света
  • Инерционность

Из чего состоит фотодиод?

Разновидности фотодиодов

P-i-n

Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие.

Лавинные

Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.

С барьером Шоттки

Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.

С гетероструктурой

Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.

Области применения фотодиодов

  • Оптоэлектронные интегральные микросхемы. Полупроводники обеспечивают оптическую связь, что гарантирует эффективную гальваноразвязку силовых и руководящих цепей при поддержании функциональной связи.
  • Многоэлементные фотоприемники – сканисторы, фоточувствительные аппараты, фотодиодные матрицы. Оптоэлектрический элемент способен воспринимать не только яркостную характеристику объекта и ее изменение во времени, но и создавать полный визуальный образ.

Другие сферы использования: оптоволоконные линии, лазерные дальномеры, установки эмиссионно-позитронной томографии.


Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Что такое фотодиод? Рабочие, V-I характеристики, области применения

Краткое описание

Что такое фотодиод?

Датчик света, преобразующий световую энергию в электрическую (напряжение или ток). Фотодиод представляет собой тип полупроводникового устройства с PN-переходом. Между p (положительным) и n (отрицательным) слоями находится внутренний слой. Фотодиод принимает световую энергию в качестве входа для генерации электрического тока.

Его также называют фотодетектором, фотодатчиком или детектором света. Фотодиод работает в режиме обратного смещения, т.е. p-сторона фотодиода подключена к отрицательной клемме батареи (или источника питания), а n-сторона к положительной клемме батареи.

Типичными фотодиодными материалами являются кремний, германий, индий-галлий-арсенид-фосфид и индий-галлий-арсенид.

Фотодиод имеет внутри оптические фильтры, встроенную линзу и поверхность. Когда площадь поверхности фотодиода увеличивается, это приводит к меньшему времени отклика. Немногие фотодиоды будут выглядеть как светоизлучающие диоды (LED). Он имеет два терминала, как показано ниже. Меньшая клемма действует как катод, а более длинная клемма действует как анод.

Символ фотодиода аналогичен символу светодиода, но стрелки указывают внутрь, а не наружу в светодиоде. На следующем изображении показан символ фотодиода.

Работа фотодиода

Обычно при освещении PN-перехода светом ковалентные связи ионизируются. При этом образуются пары дырок и электронов. Фототоки образуются за счет генерации электронно-дырочных пар. Электронно-дырочные пары образуются, когда на диод попадают фотоны с энергией более 1,1 эВ. Когда фотон входит в обедненную область диода, он поражает атом с высокой энергией. Это приводит к высвобождению электрона из структуры атома. После высвобождения электронов образуются свободные электроны и дырки.

Обычно электрон имеет отрицательный заряд, а дырка — положительный. Энергия истощения будет иметь встроенное электрическое поле. Благодаря этому электрическому полю электронно-дырочные пары удаляются от соединения. Следовательно, дырки движутся к аноду, а электроны движутся к катоду, создавая фототок.

Интенсивность поглощения фотонов и энергия фотонов прямо пропорциональны друг другу. Когда энергия фотографий меньше, поглощение будет больше. Весь этот процесс известен как внутренний фотоэлектрический эффект.

Внутреннее возбуждение и внешнее возбуждение — это два метода, с помощью которых происходит возбуждение фотонов. Процесс собственного возбуждения происходит, когда электрон в валентной зоне возбуждается фотоном в зону проводимости.

Читайте также «Различные типы датчиков»

Режимы работы фотодиода

Фотодиод работает в трех различных режимах. Это:

  • Фотогальванический режим
  • Фотопроводящий режим
  • Режим лавинного диода

Давайте кратко рассмотрим эти режимы.

Фотогальванический режим

Этот режим также называется режимом нулевого смещения. Когда фотодиод работает в низкочастотных приложениях и приложениях сверхвысокого уровня освещенности, этот режим является предпочтительным. Когда фотодиод облучается вспышкой света, создается напряжение. Создаваемое напряжение будет иметь очень маленький динамический диапазон и нелинейную характеристику. Когда фотодиод сконфигурирован с OP-AMP в этом режиме, будет очень меньше изменений в зависимости от температуры.

Режим фотопроводимости

В этом режиме фотодиод работает в режиме обратного смещения. Катод будет положительным, а анод отрицательным. При увеличении обратного напряжения увеличивается и ширина обедненного слоя. Благодаря этому время отклика и емкость перехода будут уменьшены. Сравнительно этот режим работы является быстрым и производит электронный шум.

Трансимпедансные усилители используются в качестве предусилителей для фотодиодов. Режимы таких усилителей поддерживают постоянное напряжение, чтобы фотодиод работал в фотопроводящем режиме.

Режим лавинного диода

В этом режиме лавинный диод работает в условиях высокого обратного смещения. Это позволяет умножить лавинный пробой на каждую фотоэлектронно-дырочную пару. Следовательно, это создает внутреннее усиление в фотодиоде. Внутреннее усиление увеличивает отклик устройства.

Подключение фотодиода во внешней цепи

Фотодиод работает в цепи с обратным смещением. Анод подключен к земле цепи, а катод к положительному напряжению питания цепи. При освещении светом ток течет от катода к аноду.

Когда фотодиоды используются с внешними цепями, они подключаются к источнику питания в цепи. Количество тока, производимого фотодиодом, будет очень маленьким. Этого значения тока будет недостаточно для управления электронным устройством. Поэтому, когда они подключены к внешнему источнику питания, он подает в цепь больший ток. Итак, в качестве источника питания используется аккумулятор. Источник батареи помогает увеличить текущее значение, что повышает производительность внешних устройств

V-I Характеристики фотодиода

Фотодиод работает в условиях обратного смещения. Обратные напряжения отложены по оси X в вольтах, а обратный ток отложен по оси Y в микроамперах. Обратный ток не зависит от обратного напряжения. При отсутствии светового освещения обратный ток будет практически равен нулю. Минимальное количество текущего настоящего называется темным током. Однажды, когда световая освещенность увеличивается, обратный ток также увеличивается линейно.

Применение фотодиодов

  • Фотодиоды используются во многих простых повседневных приложениях.
    Причиной их использования является линейный отклик фотодиода на световую засветку. Когда на датчик падает больше света, он производит большой ток. Увеличение тока будет отображаться на гальванометре, подключенном к цепи.
  • Фотодиоды помогают обеспечить электрическую изоляцию с помощью оптронов. Когда две изолированные цепи освещаются светом, для оптической связи цепи используются оптопары. Но цепи будут изолированы электрически. По сравнению с обычными устройствами оптопары работают быстро.
  • Фотодиоды
  • также используются в электронике для обеспечения безопасности, например, в детекторах огня и дыма. Он также используется в телевизионных блоках.
  • При использовании в камерах они действуют как фотодатчики. Он используется в сцинтилляторах, устройствах с зарядовой связью, фотопроводниках и фотоумножителях.
  • Фотодиоды также широко используются в многочисленных медицинских приложениях, таких как инструменты для анализа образцов, детекторы для компьютерной томографии, а также используются в мониторах газов крови.

Фотодетекторы металл-полупроводник-металл, объяснение в RP Photonics Encyclopedia; Детектор МСМ, контакт Шоттки, детектор с барьером Шоттки

Дом Викторина Руководство покупателя
Поиск Категории Глоссарий Реклама
Учебники
Показать статьи A-Z

Примечание: поле поиска по ключевому слову статьи и некоторые другие функции сайта требуют Javascript, который, однако, отключен в вашем браузере.

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.

Список поставщиков
фотодетекторов металл-полупроводник-металл

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Фотодетектор металл-полупроводник-металл (МСМ-детектор) представляет собой фотодетектор, содержащий два контакта Шоттки, т. е. два металлических электрода на полупроводниковом материале, в отличие от p-n-перехода, как в фотодиоде. Таким образом, это своего рода детектор барьера Шоттки, но с двумя переходами Шоттки. Во время работы на электроды подается некоторое электрическое напряжение. Когда свет падает на полупроводник между электродами, он генерирует электрические носители (электроны и дырки), которые собираются электрическим полем и, таким образом, могут образовывать фототок.

Обычно используется какая-то встречно-штыревая структура электрода, в которой расстояние между пальцами может составлять всего 1 мкм. Структура электрода также может иметь кольцеобразную форму, покрывающую приблизительно круглую площадь. Свет, попадающий на устройство со стороны электродов, частично блокируется электродами, что, конечно, снижает квантовую эффективность — если только свет не направлен полностью в область между электродами. Для более высокой квантовой эффективности существуют устройства с задней подсветкой, в которых свет падает с другой стороны, так что электроды ему не препятствуют. Другая возможность заключается в использовании верхней подсветки в сочетании с чрезвычайно тонкими золотыми контактами, которые частично прозрачны. Преимущество верхнего освещения состоит в том, что достигаемая полоса обнаружения обычно выше, поскольку несущие генерируются ближе к контакту.

Для самых высоких скоростей используются конфигурации с бегущей волной, когда входной свет направляется через оптический волновод, содержащий поглощающий слой. Электроды наносятся поверх волновода, образуя компланарную волноводную линию для генерируемого микроволнового сигнала.

Детекторы

MSM можно сделать быстрее, чем фотодиоды. Полоса пропускания их обнаружения может достигать сотен гигагерц (с функцией импульсной характеристики менее 1 пс), что делает их подходящими для очень высокоскоростной оптоволоконной связи.

Практически важным аспектом является то, что фотодетекторы МСМ, имеющие относительно простую планарную структуру, особенно подходят для монолитной интеграции с другими компонентами фотонных интегральных схем.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указан 1 поставщик фотодетекторов металл-полупроводник-металл.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

  (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1] W. C. Koscielniak et al. , “Динамическое поведение фотоносителей в фотодетекторе GaAs металл–полупроводник–металл с субполумикронной диаграммой направленности электродов”, Прикл. физ. лат. 54 (6), 567 (1989), doi: 10.1063/1.100933
[2] Дж. Б. Д. Сул и Х. Шумахер, «InGaAs фотодетекторы металл-полупроводник-металл для длинноволновой оптической связи», IEEE J. Quantum Электрон. 27 (3), 737 (1991), doi:10.1109/3.81384
[3] C. Moglestue et al. , «Пикосекундные импульсные характеристики фотодетекторов GaAs металл-полупроводник-металл», J. Appl. физ. 70 (4), 2435 (1991), doi:10.1063/1.349395
[4] S.Y. Chou et al. , «Сверхбыстрые наноразмерные фотодетекторы металл-полупроводник-металл на объемном и низкотемпературном GaAs», Прикл. физ. лат. 61 (7), 819 (1992), doi:10.1063/1.107755
[5] Ж. -В. Ши и др. , «Фотодетекторы бегущей волны металл-полупроводник-металл», IEEE Photon. Технол. лат. 13 (6), 623 (2001), doi:10.1109/LEOS.2002.1159372

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: фотоприемники, фотодиоды, полосы пропускания
и другие статьи из категории фотонные устройства

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

  
Статья о металлических—полупроводниковых—металлических фотодетекторах

в разделе
RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

  

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *