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標題: 光電二極管
 
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光電二極管

有一種類型的光檢測器轉換到一個光電二極管的光可以是포토다이오드는로변환할수있는빛의預訂광검출기의한유형입니다전류또는전압하거나,작동모드에따라。 [1]전기태양광발전을생성하는데사용되는가장일반적인,전통적인태양전지는넓은地區에포토다이오드입니다。

光電二極管들이중노출(또는X射線紫外線진공선을감지하는)또는장치의預訂민감한부분에도달할빛허용할수있는창이나광섬유연결패키지될수제외하고는정기적으로반도체다이오드와비슷합니다。 포토다이오드로특별히사용하기위한대부​​분의다이오드는응답의속도를증가하기위해PIN접합보다는PN접합을사용합니다。 포토다이오드는역방향바이어스에서작동하도록설계되었습니다。 [2]

운영원칙

포토다이오드는PN접합이나PIN구조입니다。 충분한에너지의광자가다이오드를공격할때,이를자유전자(그리고적극적으로청구전자홀)를작성,전자를자극。 이메커니즘은또한내부광전효과로알려져있습니다。 흡수가접합의고갈지역,또는도망에서하나확산길이에발생하는경우,해당이동통신사가고갈地區의預訂내장필드로연결에서휩쓸수있습니다。光그리고구멍은양극으로이동하고전자음극쪽으로,따라서이생성됩니다。且的光電流이모두어두운전류(빛이없는)과빛전류때문에어두운전류가장치의預訂감도를향상시키기위해최소화되어야합니다。 [3]의합계입니다

태양광모드[편집]을
光장치의預訂밖으로바이어스또는태양광모드에서사용하면,제로의預訂흐름이제한및전압축적되어있습니다。 이모드는태양전지의기초인태양광효과를이용하는 - 전통태양전지는넓은地區에포토다이오드입니다。

的光電모드편집]을
이모드에서는다이오드는종종크게증가소음의비용으로응답시간을감소(음극긍정적포함)바이어스역입니다。 이빠른응답시간의결과로연결의커패시턴스를감소고갈층의폭을증가시킵니다。光은거의預訂동일하게유지하면서역방향바이어스는방향을따라전류의預訂만소량(채도나다시현재알려진)유도한다。的光電流스펙트럼분포를들어,주어진은조도(및방사까지)。 [4]에비례

的光電드는빠른이지만,이모모드는더많은전자노이즈를전시하는경향이있다。 [표창장필요한]좋은PIN다이오드의預訂전류누설은(<1 NA)너무낮은그전형적인회로의預訂부하저항의預訂존슨 - 나이퀴스트(奈奎斯特)소음자주장악。

[편집]작업의다른모드
애벌란光電二極管光電二極管는정기적과유사한구조를가지고있지만,그들은훨씬더높은역방향바이어스를운영하고있습니다。的響應이각사진에서생성된캐리어장치의預訂효과적인을증가포토다이오드,내내부이득의預訂결과로,눈사태분석을곱한할수있습니다。

광트랜지스터는빛이베이스 - 컬렉터접합에도달할수있도록본질적으로바이폴라트랜지스터는투명경우에감싼것입니다。 그것은1948年년벨연구소에서박사존N.麵包片(자신의預訂웨이브시스템에대한더많은유명)[5]에의해발명되었습니다。 [6] 205만는1950까지발표되지않았습니다에서광자에의해생성되는전자베이스 - 컬렉터접합는베이스에주입되고,이광다이오드전류는트랜지스터의預訂현재이득β(또는HFE)에의해증폭된다。 에미터가연결되지않은않은경우,광트랜지스터는포토다이오드가됩니다。 을가지고있지만그들은響應光電二極管光電晶體管은빛에대한높은보다더좋은빛의預訂낮은音頻質量을감지할수없습니다。 [표창장필요한]光電晶體管도크게오래기다려야하는경우가있습니다。

[편집]자료

的光電流충분한에너지만광자는물질의預訂밴드갭에서전자상당한를만들어자극하기때문에포토다이오드를만들기위해사용되는재료는속성을정의하는것이重要합니다。

일반적으로光電二極管를생산하는데사용되는재료[7]을포함:

모든PN접합은조명경우,잠재적인포토다이오드입니다。 이러한트랜지스터와IC를같은반도체장치는PN접합을포함하며,光이을생산하기에적합한파장의預訂원치않는전자기방사(빛)에의해조명하는경우올바르게작동하지않습니다,이것은불투명하우징에장치를캡슐화하여피할 수있습니다。 이하우징은고에너지방사선(자외선,X선,감마선선)에완전히불투명하지않은경우,트랜지스터와ICS는고장유발사진전류로인해수있습니다。 플라스틱케이스는금속들보다더취약합니다。

[편집]특징



사고빛의실리콘포토다이오드대파장의응답
포토다이오드의중요한성능매개변수는다음과같습니다:

響應
의비율은일반적으로一個/ W光모드에서사용하는경우입사광전력을생성光로표현。響應또한양자효율,無單位的사업자의預訂수의預訂비율하므로光生產또는사고광자에수량으로표현될수있습니다。
현재다크
的光電이모드에서운영하는빛의預訂부재에있는포토다이오드를통해전류。光어두운현재의預訂배경방사선및반도체접합의預訂현재채도에의해생성된이포함되어있습니다。 다크전류는광다이오드는정확한광학전력측정하는데사용하는경우보정에의해를차지하고있으며,포토다이오드는광통신시스템에사용되는경우또한노이즈의預訂원인이되어야합니다。
잡음등가전력
1헤르츠대역폭의預訂현재RMS최소입력광전력,光를생성하는的(NEP)노이즈와동일。 NEP은기본적으로최소감지힘이다。 “靈敏度”관련특성(D)은NEP,1/NEP의역이다。
1HZノ에서의預訂대역폭에광검출기()의지역의預訂제곱근“敏感특정”인을곱하여檢測靈敏度(A)는()도있습니다。檢測靈敏度특정는다른시스템이센서공간과시스템대역폭의預訂독립적비교할수있습니다。檢測靈敏度높은값은낮은소음장치또는시스템을나타냅니다[8]은다이오드의預訂의預訂측정등여러카탈로그에서)(줄전통이지만품질,실제로,지금까지거의키參數가없습니다。

포토다이오드는광통신시스템에사용되는경우,이매개변수는지정된비트에러속도를달성하기위해수신기에필요한최소입력전력이광수신기의預訂감도에기여합니다。

[편집]응용프로그램

PN感光光電二極管의預訂는이러한,전하결합장​​치및광전자증튜브와같은다른光電探測器에유사한응용프로그램에사용됩니다。 이들은조명에따라달라집니다출력을생성하는데사용할수있습니다(아날로그,측정및같은경우)또는회로(디지털,중제어및切換,디지털신호처리용)의상태를변경합니다。

光電二極管는이러한컴팩트디스크플레이어,화재경보기,그리고텔레비전에서에어컨에장비를제어하는데사용되는적외선원격제어장치의預訂수신기와같은소비자가전기기에사용됩니다。 :感光많은응용프로그램의預訂경우光電二極管또는중하나를사용할수있습니다。感光器중하나유형은카메라조명미터에서와같이,빛측정을위해사용할수있습니다,또는어두운후거리조명에換算에빛音頻質量에反饋自할수있습니다。

的光傳感器모든유형의預訂는입사광에대응하거나또는동일한회로또는시스템의預訂일부입니다빛의預訂소스로사용할수있습니다。 포토다이오드는종종빛의방출로하나의구성요소,보통발광다이오드(LED)빔(슬롯광스위치)에기계적장애물의預訂존재를감지하거나,커플이디지털또는아날로그하기위해하나에결합회로종종안전(옵토커플러) 에대한그들사이의매우높은전기절연을유지하면서。

光電二極管는종종과학및산업의預訂광강도의預訂정확한측정을위해사용됩니다。 :感光그들은일반적으로보다더선형적인反饋自을갖추고있습니다。

또한널리계산단층촬영을위한감지기(閃爍와결합),샘플(면역)을분석악기,및펄스氧등다양한의료응용프로그램에사용됩니다。

PIN다이오드는PN접합다이오드보다훨씬더빠르고민감하며,따라서종종광학통신을위한조명조절에사용됩니다。

行的PN光電二極管의은매우낮은빛의預訂강도를측정하는데사용되지않습니다。 ,測距비전장비와레이저높은감도가필요한경우대신,애벌란光電二極管이심화전하결합장​​치또는광전자증튜브는이러한천문학,분광학,나이트과같은응용분야에사용됩니다。

光電倍增管있는[편집]비교的
光電倍增管장점은에비해[9]

입사광의함수로출력전류우수선형성
190나노미터에서1100나노미터(실리콘)에스펙트럼반응,다른반도체재료더이상파장
낮은소음
高耐用性기계적응력에
저렴한비용으로
작고가벼운무게
긴수명
높은양자효율은일반적으로80%표창장에제공하지]
필요없음높은전압없습니다
光電倍增管的管단점은비교:

작은공간
내부에게인(103애벌란光電二極管제외있지만게인은광전자증에에108비해일반적으로102없습니다)
훨씬낮은전체감도
광자는특수전자회로와함께특별히설계,보통냉각光電二極管으로만中계수
많은디자인에대한응답시간은속도가느리다
[편집]포토다이오드어레이

的光電二極管수백또는수천의預訂1차원배열은병렬부터읽기각도센서의預訂일환으로。根據[10]포토다이오드어레이의預訂장점PDA(는)는높은속도수있다는점입니다예를들어,위치센서로사용될수운전전자는전통적인CMOS또는CCD센서처럼에건설되지않을수있습니다。設置工作模式下的電流或電壓。典型的常規使用的太陽能電池來發電的光伏[1]是一個大面積的光電二極管。

光電二極管,它們可以使用光纖連接或窗口,以允許光到達設備的敏感部分,(檢測透視和真空紫外)暴露要么打包好,否則類似傳統的半導體二極管。為了提高響應速度,而不是接合PIN二極管是專門設計用於作為使用一個pn接合的光電二極管,數。被設計為工作在反向偏置的光電二極管,[2]

的操作原理

光電二極管是一種結構PN結或PIN。當光子打到二極管有足夠的能量來創建自由電子(空穴和電子,帶正電荷的)所激發的電子。這種機制也被稱為內光電效應。如果它出現在一個擴散長度遠離或吸收,耗盡區的交界處,這些載體席捲從交界處的耗盡區由內置的字段。孔朝向陽極向陰極移動,產生的電子束電流。必須被最小化,以一個非常暗電流增加的靈敏度的裝置,這種光的光電流和暗電流(無斜坡)的總和。 [3]

日光模式[編輯]
在設備中,用在光伏模式和零偏壓時,光電流流動受到限制,該電壓被存儲。在這種模式下,利用下方的太陽能電池 - 現有的太陽能電池的光生伏打效應的只是大面積的光電二極管。

光導模式[編輯]
在許多情況下,在犧牲噪聲的響應時間顯著增加(正電極),在這種模式下,二極管反向偏置。減少的結電容的查詢結果在較短的響應時間,這增加了的耗盡層的寬度。反向偏置光電流的量誘導電流(或電流,被稱為飽和)很少沿的方向基本上保持相同。一個給定的光譜分佈,光電流是線性正比於(照度)的照度。 [4]

此模式是更快更好的模式感光體往往表現出多個的電子噪聲。 [引文需要]。通常情況下佔主導地位的約翰遜奈奎斯特噪聲的負載電阻的典型電路(<1 NA),一個良好的PIN二極管的漏電流非常小。

其他的操作模式[編輯]
雪崩光電二極管,它具有這樣的結構的相似,它們通常是工作在反向偏置的光電二極管的高得多。有效靈敏度的光生載流子的移動設備中,在光電二極管中的每個內部增益提高,作為結果,可以乘以雪崩擊穿。

基礎的光的光電晶體管是 - 是能夠到達集電極結,雙極型晶體管基本上是裝在一個透明的情況下。 [6]:205,[5](很多比較著名的機械波,他的)醫生約翰N.麵包片的貝爾實驗室在1948年的發明,它不會被公佈,直到1950年基於電子的光子所產生塔諾 - 集電極結的基極晶體管的電流增益β光電二極管的電流被放大(HFE)或注入。該發射器是懸空,光電晶體管,光電二極管。光電晶體管,其具有高靈敏度的光,從光電二極管可以,他們可以無法檢測到的光的低的水平。我有一個較長的響應時間光電晶體管[引文需要]。

材料[編輯]

只有光子橫跨的帶隙的材料的光電流的重要,具有足夠的能量,以激發電子產生的,所使用的材料,以使所述光電二極管是能夠定義其屬性我是非常重要的。

典型的光電二極管的製造所用的材料包括[7]。

任何pn結亮起時,是一個潛在的光電二極管。諸如IC或晶體管,該半導體器件包括一個結的pn,當它被照射的電磁輻射(光)不必要的波長適合用於產生光電流不正常,它們是這通過以下來避免封裝的移動設備在一個不透明的殼體。這些住房,如果不是完全不透明的,可能是由於光引起的高能量輻射晶體管或IC故障(紫外線,X,γ射線)。塑料比金屬的情況下,是一個脆弱的。

特點[編輯]



矽光電二極管的響應相對於入射光的波長的
光電二極管是重要的性能參數如下。

響應
當用在光電導模式時,入射光功率中產生的光電流比/ W的一般表示。光生載流子的數目的比率可以被表示為入射的光子的量,因此,無量綱或靈敏度量子效率。
暗電流
在的情況下,在光電導模式操作的光,它是通過在光電二極管中流動的電流。包含一個光電流產生的電流飽和電流的半導體結和黑暗的背景輻射。如果它被用來執行佔通過校準暗的光功率測量精確的電流光電二極管,當光電二極管的光通信系統中使用,它也是一個噪聲源必須是。
噪聲等效功率
RMS噪聲是等於最小輸入光功率,一赫茲的帶寬(NEP),以產生光電流。 NEP是在本質上,可以檢測到的最小功率。 “靈敏度”相關的特徵(D)是的逆的NEP,1/NEP。
檢測靈敏度乘以()的面積的平方根的光檢測器“的特定靈敏度”也是對帶寬()1赫茲),(。可探測比率可以比較獨立的各種系統的系統帶寬和傳感器區域,表示的值的靈敏度越高,系統的噪聲或設備低[8]會給,但傳統,()在目錄中,作為衡量的二極管。質量,實際上,它是不是到現在為止的最重要的參數。

如果它是用在光通信系統中,光電二極管,這些參數有助於接收機光輸入功率至少在接收機處,以達到指定的比特誤差率的靈敏度。

應用[編輯]

PN光電二極管中使用的應用程序,以及其他的光學檢測器,例如光電倍增管作為一個感光鼓,一個電荷耦合器件。為了改變的狀態的電路,它們用來產生輸出(模擬測量,等),這是依賴於照明(用於數字信號處理轉換或數字,並控制兩者)或我可以被使用。

光電二極管可用於消費電子產品,如紅外遙控接收器,用來控制空氣調節設備,光盤播放器,煙霧探測器,從電視。在許多應用中,它是能夠使用的光電二極管或光電導體。任一類型的傳感器,如攝像機光米,可以用於光學測量,街道照明開關的後暗,以對應於光的水平。

可用於將入射光,在響應於所述光源是具有相同的電路或系統的一部分,或任何類型的光學傳感器。在許多情況下,一個單一的組件,具有正常光的發射極被連接到一個發光二極管(LED),光電二極管中,為了檢測到光束(光開關負)機械性梗阻的存在或者(光電耦合器),該電路對於安全性,同時保持其間的電絕緣性非常高的通常是兩個或模擬或數字的夫婦。

在大多數情況下,光電二極管被用於精確測量的光強度在科學和工業。他們有一個線性響應,而不是一般的感光體。

它們也用於在醫療應用中的各種(免疫測定),和脈搏血氧飽和度的儀器分析廣泛計算體層攝影術(加上閃爍器),並將樣品的這種探測器。

PIN二極管更靈敏,速度更快,比PN結二極管,因此,經常被用來調整光通信和照明。

PN光電二極管用於測量非常低的光強度。另外,如果需要高靈敏度,使用的雪崩光電二極管,光電倍增管或加強電荷耦合器件的應用,如激光測距天文學,光譜儀,夜視裝置。

光電倍增管的比較[編輯]
的優點相比,[9]在光電倍增管:

優異的線性度的輸出電流作為一個功能的入射光
從190 nm的長波長1100nm的光譜響應(矽),和更多的其它半導體材料
低噪聲
提高耐久性的機械應力
低廉的價格
結構緊湊,重量輕
長壽
高量子效率,[引用]通常是80%
ん不必要的高電壓
相比處於劣勢的光電倍增管:

小面積
內部增益(不包括雪崩光電二極管,如果是這樣,在光電倍增管增益通常不103-102相比,高達108)
整體的靈敏度是低得多的
在一個特殊的電子線路經過特別設計的光子數可以被冷卻的光電二極管標準
響應時間較慢許多設計
光電二極管陣列[編輯]

由於角傳感器的一部分的並行讀取,幾百或幾千個光電二極管的一維陣列的[10]。 (便攜式信息終端)的是,他們被允許,例如,高速的光電二極管陣列作為位置傳感器,可用於驅動電子設備的優點之一,CCD傳感器或傳統的CMOS可能不被構造為示於圖。
2012-11-3 01:56 PM#1
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