¿Qué es un fotodiodo? (Parte 2)

Los siguientes problemas se pueden resolver utilizandoFotodiodoo fototransistor. Por ejemplo, la cámara del teléfono necesita medir la luz ambiental para determinar si es necesario activar el flash. ¿Cómo evaluar de forma no invasiva los niveles de oxígeno en la sangre? Estos dispositivos optoelectrónicos convierten la luz (fotones) en señales eléctricas que un microprocesador (o microcontrolador) puede "ver". De esta forma, es posible controlar el posicionamiento y la disposición de los objetos, determinar la intensidad de la luz y medir las propiedades físicas del material en función de su interacción con la luz.

Ahora hablemos de la segunda parte.

1. Estructura del fotodiodo

Uno de los requisitos clave para un fotodiodo es un área adecuada para recoger la luz. Dentro de una unión PN estándar, esto es relativamente pequeño, pero el área se puede aumentar mediante el uso de un diodo PIN. Dado que la región intrínseca está contenida en la unión activa utilizada para la recolección de luz, la región utilizada para la recolección de luz es mucho más grande, lo que hace que el fotodiodo PIN sea más eficiente.

En el proceso de fabricación de fotodiodos, se insertan gruesas capas intrínsecas entre las capas de tipo P y tipo N. La capa propia intermedia puede ser completamente propia o muy ligeramente dopada para convertirla en una capa N. En algunos casos, puede crecer sobre el sustrato como una capa epitaxial, o puede estar contenido dentro del propio sustrato.

La capa de difusión P plus se puede desarrollar sobre una capa epitaxial de tipo N fuertemente dopada. El contacto tiene un diseño de metal y se puede convertir en dos terminales, como un ánodo y un cátodo. El área frontal del diodo se puede dividir en dos tipos, como superficie activa y superficie pasiva.

El diseño de la superficie inactiva se puede realizar con dióxido de silicio (SiO2). En una superficie activa, la luz puede brillar sobre ella, mientras que en una superficie inactiva, la luz no puede brillar. Al cubrir la superficie activa con un material antirreflectante, la energía de la luz no se pierde y el máximo se puede convertir en corriente eléctrica.

Uno de los principales requisitos de un fotodiodo es garantizar que la máxima cantidad de luz llegue a la capa intrínseca. Una de las formas más eficientes de lograr esto es colocar los contactos eléctricos en el costado del dispositivo, como se muestra en la imagen. Esto permite que la cantidad máxima de luz llegue a la región efectiva. Se encuentra que dado que el sustrato está fuertemente dopado, casi no hay pérdida de luz ya que esta no es una región activa.

Dado que la mayor parte de la luz se absorbe a cierta distancia, el grosor de la capa intrínseca suele coincidir con esto. Cualquier aumento sobre este espesor reducirá la velocidad de operación, un factor importante en muchas aplicaciones, y no aumentará mucho la eficiencia.

La luz también puede ingresar al fotodiodo desde un lado de la unión. Al operar el fotodiodo de esta manera, se pueden hacer menos capas intrínsecas para aumentar la velocidad de operación, aunque con una eficiencia reducida.

En algunos casos, se pueden utilizar heterouniones. Esta forma de construcción tiene la flexibilidad añadida de recibir la luz del sustrato y tiene un espacio de energía más grande, lo que la hace transparente a la luz.

Al ser un proceso menos estándar, es más costoso de implementar y, por lo tanto, tiende a usarse para productos más especializados.

2. Características del fotodiodo

(1) características de voltios-amperios

Se refiere a la relación entre la fotocorriente en el fotodiodo y el voltaje que se le aplica.

(2) Características de iluminación

Se refiere a la relación entre el flujo luminoso y la fotocorriente cuando el voltaje del fotodiodo entre el cátodo y el ánodo es constante. La pendiente de la curva característica de la luz se denomina sensibilidad del fotodiodo.

(3) Características espectrales

La relación entre la fotocorriente y la longitud de onda de la luz incidente se denomina propiedad espectral. La energía del fotón está relacionada con la longitud de onda de la luz: cuanto más larga sea la longitud de onda, menor será la energía del fotón; Cuanto más corta es la longitud de onda, más energético es el fotón.

3. Función del fotodiodo

(1) Control de luz

El fotodiodo se puede utilizar como interruptor fotoeléctrico y su circuito se muestra en la siguiente figura. Cuando no hay luz, el fotodiodo VD1 se corta debido al voltaje inverso. Los transistores VT1 y VT2 también se cortan sin corriente de base. El relé está en el estado de liberación.

Cuando se emite luz en VD1, pasa de corte a conducción. Como resultado, VT1 y VT2 se encienden sucesivamente, el relé K se activa y el circuito de control se enciende.

(2) recepción de señal óptica

Los fotodiodos se pueden utilizar para recibir señales de luz. La siguiente imagen muestra el circuito de fotodiodo de amplificación de recepción de señal óptica. La señal de luz es recibida por el fotodiodo VD, amplificada por VT y emitida por el condensador de acoplamiento C.

4. Aplicaciones de fotodiodos

(1) Fotocélula

La fotocélula es esencialmente un área grande de la unión PN. Cuando se emite luz en una superficie de unión PN, como la superficie de la región P, cada fotón en la región P produce un par de huecos de electrones libres si la energía del fotón es mayor que el ancho de banda de la banda prohibida del material semiconductor.

El par electrón-hueco se difunde rápidamente hacia el interior y forma una fuerza electromotriz relacionada con la intensidad de la luz bajo el campo eléctrico de la unión. En este momento si lo usamos como fuente de alimentación y lo conectamos a un circuito externo, mientras haya luz seguirá dando energía, que es una fotocélula. En otras palabras, la fotocélula es un dispositivo fotoeléctrico de unión PN sin voltaje de polarización. Puede convertir directamente la energía de la luz en electricidad.

(2) Células solares

Una celda solar es un dispositivo semiconductor. Cuando la luz del sol incide en un semiconductor, parte de ella se refleja y el resto se absorbe o penetra en el semiconductor. Parte de la luz absorbida se convierte en calor, mientras que otros fotones chocan con los electrones de valencia que forman el semiconductor, creando pares de huecos de electrones. De esta manera, la energía luminosa se convierte en electricidad.

Por lo tanto, después de irradiar la luz del sol, los dos extremos de la celda solar generarán voltaje de CC, convirtiendo así la energía de la luz del sol directamente en corriente de CC. Si soldamos los cables metálicos a las capas P y N y conectamos la carga, la corriente fluirá a través del circuito externo.

De esta forma, si conectamos la serie de fotocélulas en paralelo, se puede generar una tensión y una corriente determinadas a la potencia de salida.

(3) sistema de iluminación fotovoltaica

Un sistema de generación de energía fotovoltaica es un sistema de generación de energía que utiliza células solares para convertir la energía solar en electricidad. Utiliza el efecto fotovoltaico.

Los componentes principales son células solares, baterías, controladores e inversores. Alta confiabilidad, larga vida útil, sin contaminación, generación de energía independiente, operación conectada a la red de fotodiodos.

Debido a que el modo fotovoltaico del fotodiodo se ve muy afectado por factores ambientales externos como la luz y la temperatura, el punto de funcionamiento cambia rápidamente. Hay sistemas de generación de energía independientes y sistemas de generación de energía conectados a la red.

① Sistema de generación de energía fotovoltaica independiente

Un sistema de generación de energía fotovoltaica independiente es un método de generación de energía que no está conectado a la red. Necesita baterías para almacenar energía para la noche. La generación de energía solar fotovoltaica independiente se utiliza principalmente en aldeas y hogares remotos

Diagrama de estructura del sistema de generación de voltaje.

② sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red

El sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red está conectado a la red nacional para suministrar energía a la red. No necesita pilas. Los sistemas residenciales de generación de energía fotovoltaica se encuentran principalmente en el hogar. También se utilizan en servicios públicos, sistemas de iluminación de paisajes nocturnos y granjas solares.

(4) Otras aplicaciones de los fotodiodos son:

•Se utiliza un fotodiodo como sensor de luz. Dado que la corriente en él es proporcional a la intensidad de la luz, también se usa para medir la intensidad de la luz.

•Los fotodiodos en los detectores de humo se pueden usar para detectar humo y fuego.

•Los fotodiodos y los LED se combinan para fabricar aisladores ópticos y acopladores ópticos

•Usado como celda solar en paneles solares

•Utilizado para un escáner de código de barras, reconocimiento de caracteres

•Para los sistemas de detección de obstáculos,

•Puede usarse como presencia de página y contador de páginas en impresoras

•Para la detección de proximidad, un oxímetro

•También se utiliza para codificadores y decodificadores ópticos

•Transmisión de información óptica, basada en comunicación por fibra óptica

•Sensor de posición

Información del contacto:

Si tienes alguna idea, no dudes en hablar con nosotros. No importa dónde se encuentren nuestros clientes y cuáles sean nuestros requisitos, seguiremos nuestro objetivo de brindar a nuestros clientes alta calidad, precios bajos y el mejor servicio.