フォトダイオード

定義：光にさらされると電流を発生する特殊なタイプのPN接合デバイスはフォトダイオードとして知られています。光検出器または光センサーとしても知られています。逆バイアスモードで動作し、 光エネルギーを電気エネルギーに変換.

以下の図は、フォトダイオードの記号表現を示しています。

フォトダイオードの原理

それはの原則に基づいて動作します 光電効果.

フォトダイオードの動作原理はこの２端子半導体装置の接合部が照らされると、電流がそれを通って流れ始めることになる。特定の逆電位がデバイスに印加されると、少数の電流のみがデバイスを流れます。

下の図は、フォトダイオードの構造の詳細を示しています。

内部に配置されたデバイスのPN接合ガラス素材。これは、光エネルギーを通過させるために行われます。接合部だけが放射線にさらされるので、ガラス材料の他の部分は黒く塗られるかまたは金属化される。

全体的な単位は、ほぼ約非常に小さい寸法です。 2.5 mm.

デバイスを流れる電流が流れていることは注目に値する マイクロアンペア そして電流計を通して測定されます。

フォトダイオードは基本的に2つのモードで動作します。

太陽光発電モード：デバイスに外部からの逆電位が与えられないため、ゼロバイアスモードとも呼ばれます。しかし、少数キャリアの流れは、装置が光にさらされたときに起こります。
光伝導モード：デバイスに一定の逆電位がかかると、光伝導デバイスとして機能します。ここでは、逆方向電圧の対応する変化と共に空乏幅の増加が見られる。

フォトダイオードの詳細な回路構成と動作を理解しましょう。

フォトダイオードでは、非常に小さな逆電流がデバイスを通って流れます。 暗電流。この電流は完全に少数キャリアの流れの結果であり、したがってデバイスが放射線にさらされていないときに流れるためです。

p側に存在する電子と正孔n側に存在するのは少数キャリアです。特定の逆バイアス電圧が印加されると、少数キャリア、すなわちｎ側からの正孔が電池の正電位からの反発力を受ける。

同様に、p側に存在する電子バッテリーのマイナス電位からの反発を経験しています。この移動により、接合部で電子と正孔が再結合し、その結果接合部に空乏領域が生じる。

この動きのために、暗電流として知られる非常に小さい逆電流が装置を通って流れる。

接合部での電子と正孔の組み合わせは、空乏時に中性原子を生成します。これにより、それ以上の電流の流れが制限されます。

今、デバイスの接合部が点灯している光で。光が接合部の表面に当たると、接合部の温度は上昇します。これにより、電子と正孔が互いに分離される。

2つで分離されてからnから電子側面は、バッテリーのプラス電位に引き付けられます。同様に、ｐ側に存在する正孔は電池の負電位に引き付けられる。

この動きにより、デバイスに大きな逆電流が発生します。

光強度が上昇すると、より多くの電荷キャリアが生成されて装置を通って流れる。それによって、装置を通して大きな電流を生成する。

この電流はシステムの他の回路を駆動するのに使われます。

したがって、光エネルギーの強度はデバイスを流れる電流に正比例すると言えます。

フォトダイオードの場合には、正にバイアスされた電位のみがデバイスを無電流状態にすることができる。

下の図は、フォトダイオードのVI特性曲線を示しています。

ここで、縦線は素子に流れる逆方向電流を表し、横線は逆バイアス電位を表している。

最初の曲線は、光がない場合の少数キャリアによって発生する暗電流を表しています。

上の図からわかるように、すべての曲線はそれらの間でほぼ等しい間隔を示しています。これは、電流が光束に比例して増加するためです。

下の図は、電流対照度の曲線を示しています。

ここで注目に値するのは、逆方向電流が逆方向電位の増加と共に有意な増加を示さないことである。

フォトダイオードは、主にカウンタやスイッチング回路に使用されています。
フォトダイオードは、光通信システムにおいて広く使用されている。
論理回路およびエンコーダもフォトダイオードを利用する。
それは盗難警報装置で広く利用されています。そのような警報システムでは、放射線への曝露が中断されなくなるまで、電流が流れる。光エネルギーがデバイスに当たらないと、アラームが鳴ります。

典型的なフォトダイオードの場合、通常の逆方向電流は数十マイクロアンペアの範囲です。