Elektronika V1 - 1.semestr

Fotodioda

• voltampérové charakteristiky fotodiody

  • závěrný proud se zvětšuje s intenzitou osvětlení

  • proud fotodiody má dvě složky

    • závěrný proud běžné PV diody

    • složku vyvolanou absorpcí záření

  • I.kvadrant – VA charakteristiky jsou nejhustší ⇒ fotodioda je nejméně citlivá na světlo

  • IV.kvadrant – fotodioda se chová jako zdroj elektrické energie, tzv. hradlový (fotovoltaický) režim

  • III.kvadrant – charakteristiky rovnoběžné a téměř ekvidistantní ⇒ závěrný proud je přímo úměrný osvětlení, tzv. odporový režim

• použití fotodiod

  • k detekci optických signálů (a)

    • pracovní bod P0 nastaven do III.kvadrantu

    • citlivost až 0,2-0,3A/W

    • nazývají se odporové diody

    • mají obvykle velké závěrné napětí

  • hradlové fotodiody (b)

    • pracovní bod P0 nastaven do IV.kvadrantu

    • použití jako slunečních článků

    • dobrá linearita jen při malých pracovních odporech

    • mají malé závěrné napětí

• spektrální charakteristika

  • závisí na použitém materiálu

• obecné vlastnosti fotodiod

  • velká světelná citlivost

  • malý proud za tmy (E = 0 lx)

  • velká zatížitelnost a dlouhodobá stálost

  • citlivé na vlhkost (musí být dobře zapouzdřeny)

  • rozsah pracovních teplot maximálně -30 až +90°C

• konstrukce

  • přechod PN může být připravován slitinovou technologií, difúzí nebo epitaxí

  • nejrozšířenější planární přechod PN

  • vrstva SIO2 na povrchu

    • pasivace

    • antireflexní vrstva ⇒ zvětšení citlivosti fotodiody

• frekvenční vlastnosti

  • jsou dány

    • vlastní kapacitou přechodu PN

    • dobou difúze generovaných nadbytečných nosičů náboje do oblasti přechodu

  • u běžných fotodiod mezní kmitočty do 100kHz

  • kmitočtové vlastnosti lze zlepšit pomocí struktury PIN

Fotodioda PIN

• konstruována tak, aby převážná část záření byla pohlcována v oblasti I (šířka ∼ 100μm)

• oblast I

  • může mít o 6 až 7 řádů větší měrný odpor než přilehlé oblasti

  • je v ní poměrně silné elektrostatické pole, které urychluje nosiče náboje vzniklé v důsledku absorpce fotonů

• zmenšení kapacity na 1 až 2 pF

• vlastnosti

  • maximum citlivosti 0,6A/m pro λ=0,9μm

  • proud za tmy I0 = 10-8 A

  • mezní kmitočty ∼ 100MHz

ND–NA – koncentrace příměsí

ρ(x) – hustota prostorového náboje

E(x) – intenzita elektrostatického pole

Lavinová fotodioda

• pracuje s vnitřním zesílením optického signálu

  • k vnitřnímu zesílení fotoelektrického proudu dochází vlivem lavinového jevu

  • závěrné předpětí diody musí být nastaveno tak, aby za tmy nedocházelo u struktury k lavinovému průrazu

  • při absorpci fotonů jsou vzniklé nosiče náboje urychleny natolik, že jejich energie stačí na ionizaci dalších atomů

• vlastnosti

  • vnitřní zesílení až 100

  • výsledná citlivost ∼ 50A/W

  • proud za tmy obdobný jako u fotodiody PIN

  • mezní kmitočet až 1GHz

  • nutnost vysokého napájecího napětí

  • teplotní nestabilita zesílení

• použití

  • sluneční baterie

    • speciálně upravené velkoplošné