Fotodioda

Fotodiodaje velektrotechnicetypsoučástky,která reaguje naosvětlení.Jedná se o plošnoudiodu,která je konstrukčně upravená tak, aby do oblastiPN přechodupronikalo světlo. Není-li přechod osvětlen, chová se jako běžnádioda.Po osvětlení dochází vlivemvnitřního fotoelektrického jevuvelmi rychle k nárůstu průchodu elektrického proudu v závěrném směru. Proto se používá k detekci osvětlení (např.světelná závora), měřeníotáčeka podobně.

Charakteristika

Voltampérová charakteristikafotodiody má bez přítomnosti osvětlení jejího PN přechodu stejný průběh, jako charakteristika běžnédiody.Vliv osvětlení přechodu můžeme sledovat v polarizaci diody v závěrném směru, kdy dochází k lineárnímu růstu anodového proudu (anoda) při rovnoměrném zvětšování osvětlení. Dioda se tedy chová jakopasivní součástka,jejíž proud v závěrném směru je závislý na osvětlení. Fotodioda reaguje na změny osvětlení velmi rychle, řádově 10⁻⁶–10⁻⁹s.

Zvláštní konstrukce se používá například ufotodiody PIN,která má mezi vrstvou přechodu P a N vloženou vrstvu minimálně dopovaného polovodiče s velkou elektrickou pevností (až 500 V). Proto pracuje s velmi vysokými intenzitamielektrického polev oblasti přechodu. Tím je dosaženo náběhu již v řádu 10⁻¹²–10⁻¹⁵s.

Princip

Princip fotodiody je založen navnitřním fotoelektrickém jevu.Světlo (foton), které dopadá na přechod PN (světlo je soustředěno na přechod např. čočkou), narazí do elektronu ve valenční vrstvě atomu a předá mu svoji energii. Elektron energii fotonu absorbuje, čímž získá dostatek energie k opuštění valenčního pásu a přeskočí do pásu vodivostního - elektron opustí vlastní atom a pohybuje se prostorem krystalové mřížky, vznikl tím volný elektron, na jeho místě vznikla díra (defektní elektron). Takto vzniklé volné elektrony jsou volné nosiče náboje, které snižují elektrický odpor polovodiče, resp. zvyšují elektrickou vodivost polovodiče. Tento fotoelektrický jev nastává také i u fotorezistoru (fotoodporu).

Použití fotodiody

VA charakteristika fotodiody prochází 3 kvadranty (I., III. a IV. kvadrantem), přičemž využíváme jen III. a IV. kvadrant. Ve III. kvadrantu pracuje fotodioda v tzv. odporovém (fotovodivostním) režimu a chová se jako rezistor citlivý na světlo. Ve IV. kvadrantu pracuje dioda v tzv. hradlovém (fotovoltaickém) režimu, zde se dioda chová jako zdroj elektrické energie.

Fotodiody používáme k měření osvětlení, snímání dat (v minulosti se tak například snímala data zděrných štítků), v automatizaci. Rychlé fotodiody se používají v optických spojích,optronechapod.

Spektrální charakteristika křemíkové fotodiody

Jsou popsány křemíkové fotodetektory s konstrukčně definovanou spektrální odezvou. Za tímto účelem jsou využity moderní technologie mikroobrábění obecně a zejména dvě vlastnosti integrovaného křemíkového fotodetektoru. Zaprvé se využívá závislost absorpčního koeficientu na vlnové délce. Za druhé se využívá skutečnosti, že vícevrstvý interferenční filtr na pn přechodu vzniká zpracováním křemíkového plátku. Křemíkový komplexní index lomu, n* = n - jk, je ve viditelné části spektra závislý na vlnové délce, protože nepřímá mezera v pásu při 1,12 eV a možnost přímého přechodu při 3,4 eV způsobují, že materiál vysoce absorbuje UV záření a také se chová prakticky jako průhledný materiál pro vlnové délky nad 800 nm. Tento mechanismus umožňuje navrhovat barevné senzory a také fotodiody s rozlišovací odezvou v infračerveném nebo UV poli. Přenos světla událostí s povrchovou vrstvou tenkých vrstev na objemový křemík závisí na vlnové délce. Potřebná kompatibilita s běžnými mikroelektronickými procesy v křemíku omezuje rozsah ideálních materiálů na materiály kompatibilní s křemíkem, které se tradičně využívají pro výrobu integrovaných obvodů. Přesné údaje o: krystalickém Si, tepelně vypěstovaném SiO2, LPCVD polykřemíku, nitridu křemíku (nízkoztrátovém a stechiometrickém) a také oxidech (LTO, PSG, BSG, BPSG), PECVD oxynitridech a také tenkých vrstvách kovů jsou uvedeny pro zvýšení kvality předpovědi simulace. U úplného mikrospektrometru se k výrobě difuzní součásti obvykle používá mikroobrábění. Představena jsou zařízení pracující ve viditelném nebo infračerveném spektru založená na Fabryho-Perotově mřížce nebo etalonu.^[1]

Odkazy

Reference

↑MICHAL.What is Photodiode - How does a photodiode works - 911electronic[online]. 2022-03-14 [cit. 2022-05-18].Dostupné online.(anglicky)

Literatura

Valsa J.: Teoretická elektrotechnika I; VUT Brno, 1997
Brančík L.: Elektrotechnika I; VUT Brno
Dědková J: Elektrotechnický seminář; VUT Brno
Musil V., Brzobohatý J., Boušek J., Prchalová I.: Elektronické součástky; VUT Brno, 1996
Mikulec M., Havlíček V.: Základy teorie elektrických obvodů 1; ČVUT, 1997
Stránský J. a kol.: Polovodičová technika I – učebnice pro elektrotechnické fakulty; SNTL; 1982
Blahovec A.: Elektrotechnika I; Informatorium,1997
Blahovec A.: Elektrotechnika II; Informatorium,1997
Maťátko J.: Elektronika; Idea Servis, 1997
Syrovátko M.: Zapojení s polovodičovými součástkami; SNTL, 1987
Frohn M., Oberthür W. a kol.: Elektronika – součástky a základní zapojení; nakladatelstvíBEN - technická literatura,2006
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady; Grada Publishing; 2001
Doleček J.: Moderní učebnice elektroniky 1.; nakladatelstvíBEN - technická literatura,2005
Doleček J.: Moderní učebnice elektroniky 2.; nakladatelstvíBEN - technická literatura,2005
Doleček J.: Moderní učebnice elektroniky 3.; nakladatelstvíBEN - technická literatura,2005
Doleček J.: Moderní učebnice elektroniky 4.; nakladatelstvíBEN - technická literatura,2006

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématufotodiodanaWikimedia Commons
Slovníkové heslofotodiodave Wikislovníku

[1] MICHAL.What is Photodiode - How does a photodiode works - 911electronic[online]. 2022-03-14 [cit. 2022-05-18].Dostupné online.(anglicky)

[1]