Fotodiod - O’zbekiston respublikasi axborot texnalogiyalari va kommunikatsiyalarni rivojlantirish vazirligi

Fotodiod - bu ikki elektrodli yarimo'tkazgichli diod bo'lib, unda p-n
birikmasidagi ichki fotoelektr effekti natijasida optik nurlanish ta'sirida bir
tomonlama fotoelektr o'tkazuvchanligi paydo bo'ladi. Strukturaviy ravishda, u p-n
birikmasi bo'lgan kristall bo'lib, qurilma tomonidan yoritilganda yorug'lik oqimi p-
n birikmasi tekisligiga perpendikulyar ravishda yo'naltiriladi (36-rasm).
Fotodiodning ikkita rejimi mavjud: fotogenerator (yoki turli manbalarda -
blokirovka qilish, fotovoltaik, fotovoltaik, valf) - tashqi quvvat manbaisiz va
fotodiod (ba'zan fotokonversiya) - tashqi manba bilan.
Fotodiod printsipi
Fotodiodning blok diagrammasi. 1 - yarimo'tkazgich kristall; 2 - kontaktlar; 3
- xulosalar; F - elektromagnit nurlanish oqimi; E - doimiy oqim manbai; Rn - yuk.
Bazada radiatsiya kvantlari ta'sirida pn-birikma chegarasiga shoshiluvchi erkin
tashuvchilar hosil bo'ladi. Baza kengligi (n-mintaqa) shunday qilinganki, teshiklar
p-mintaqaga borishdan oldin birlashishga ulgurmaydi. Fotodiod oqimi ozchilikni
tashuvchilar oqimi - drift oqimi bilan aniqlanadi. Fotodiodning tezligi tashuvchini
ajratish tezligi bilan belgilanadi
maydon p-n
-p-n-birikmaning tutashuvi va C p-n
Fotodiod ikki rejimda ishlashi mumkin:
§ fotovoltaik - tashqi kuchlanish yo'q
§ fotodiod - tashqi teskari kuchlanish bilan
Xususiyatlari:
§ ishlab chiqarish texnologiyasi va tuzilmalarining soddaligi
§ yuqori sezgirlik va tezlikning kombinatsiyasi
§ past darajadagi qarshilik
§ past inertsiya
Fotodiodlarning parametrlari va xususiyatlari
Parametrlar:
sezgirlik
kirishga bitta optik signal berilganda fotodiodning chiqishidagi elektr
holatining o'zgarishini aks ettiradi. Ta'sirchanlik miqdoriy o'zgarish nisbati bilan
o'lchanadi
elektr xususiyatlari
, fotodetektorning chiqishida, yorug'lik oqimiga yoki
unga sabab bo'lgan nurlanish oqimiga olingan.
Si,Φ v= MenΦΦ v; Si, Ev= MenΦ Ev - yorug'lik oqimi uchun oqim sezgirligi
Su,Φ e= UΦΦ e; Si, Ee= UΦ Ee - voltaik energiya oqimining sezgirligi
fotodiod chiqishda foydali signaldan tashqari tasodifiy amplituda va spektrga
ega bo'lgan xaotik signal paydo bo'ladi - fotodiodning shovqini. Bu foydali
signallarni kerakli darajada kichik ro'yxatdan o'tkazishga imkon bermaydi. Fotodiod
shovqini yarimo'tkazgich materialining shovqini va foton shovqinidan iborat.
Texnik xususiyatlari:
oqim kuchlanish xarakteristikasi (VAC)
chiqish voltajining kirish oqimiga bog'liqligi. UΦ= f( MenΦ)
spektral xususiyatlar
fototokning fotodiodga tushayotgan nurning to'lqin uzunligiga bog'liqligi. U
uzun to'lqin uzunliklari tomondan tasma oralig'i bilan, kichik to'lqin uzunliklarida
katta yutilish koeffitsienti va yorug'lik kvantlarining to'lqin uzunligining pasayishi
bilan zaryad tashuvchilarning sirt rekombinatsiyasi ta'sirining oshishi bilan
aniqlanadi. Ya'ni qisqa to'lqin uzunlikdagi sezgirlik chegarasi taglik qalinligi va sirt
rekombinatsiya
tezligiga
bog'liq.
Maksimalning
fotodiodning
spektral
xarakteristikasidagi o'rni yutilish koeffitsientining o'sish darajasiga juda bog'liq.
engil ishlash
fototokning yoritilishga bog'liqligi fototokning yoritishga to'g'ridan-to'g'ri
mutanosibligiga mos keladi. Buning sababi fotodiod poydevorining qalinligi
ozchilik zaryad tashuvchilarning diffuziya uzunligidan ancha kam. Ya'ni bazada
paydo bo'lgan deyarli barcha ozchilik zaryad tashuvchilar fototokning
shakllanishida qatnashadilar.
vaqt doimiy
bu fotodiodning yorug'lik oqimidan keyin yoki fotodiodning qorong'ilashidan
so'ng fotodiod o'zgaruvchan vaqt, barqaror holat qiymatiga nisbatan e (63%).
qorong'u qarshilik
yorug'lik bo'lmaganda fotodiod qarshilik.
Atalet
Qurilma va asosiy jismoniy jarayonlar. Fotodiodning soddalashtirilgan tuzilishi
shakl. 6.7, a va uning shartli grafik tasviri shakl. 6.7, b.
Shakl: 6.7. Fotodiodning tuzilishi (a) va belgilanishi (b)
Fotodiodlarda yuz beradigan fizik jarayonlar LEDlarda yuz beradigan
jarayonlarga nisbatan teskari. Fotodioddagi asosiy fizik hodisa - pn-birikma
mintaqasida va unga qo'shni mintaqalarda nurlanish ta'sirida elektron teshik
juftlarini hosil qilish.
Elektron teshikli juftlarning paydo bo'lishi teskari kuchlanish mavjud bo'lganda
diyotning teskari oqimining ko'payishiga va zanjir ochiq bo'lganda anod va katod
o'rtasida kuchlanish uac paydo bo'lishiga olib keladi. Bundan tashqari, uac\u003e 0
(teshiklar anodga, elektronlar esa pn-birikmaning elektr maydoni ta'sirida katodga
o'tadi).
Xususiyatlari va parametrlari. Fotodiodlarni har xil yorug'lik oqimlariga mos
keladigan volt-amper xarakteristikalari oilasi bilan tavsiflash qulay (yorug'lik oqimi
lyumenlarda, lm bilan o'lchanadi) yoki har xil yoritishda (yorug'lik lyuks, lx bilan
o'lchanadi).
Fotodiodning oqim kuchlanish xususiyatlari (CVC) shakl. 6.8.
Avvaliga yorug'lik oqimi nolga teng bo'lsin, keyin fotodiodning CVC an'anaviy
diyotning CVC-ni takrorlaydi. Agar yorug'lik oqimi nolga teng bo'lmasa, u holda p-
n-birikma mintaqasiga kirib boradigan fotonlar elektron teshik juftlarini hosil
bo'lishiga olib keladi. P-n-birikma elektr maydonining ta'sirida oqim tashuvchilar
elektrodlarga (teshiklar - p qatlamining elektrodiga, elektronlar - n qatlamning
elektrodiga) o'tadilar. Natijada elektrodlar o'rtasida kuchlanish paydo bo'ladi, bu
yorug'lik oqimining oshishi bilan ortadi. Ijobiy anod-katod kuchlanishi bilan diod
oqimi salbiy bo'lishi mumkin (xarakteristikaning to'rtinchi kvadranti). Bunday
holda, qurilma iste'mol qilmaydi, lekin energiya ishlab chiqaradi.
Shakl: 6.8. Fotodiodning oqim kuchlanish xususiyatlari
Amalda fotodiodlar ham fotogenerator rejimida (fotovoltaik rejim, vana
rejimi), ham fotokonverter rejimida (fotodiod rejimi) ishlatiladi.
Fotogenerator rejimida quyosh batareyalari ishlaydi, yorug'likni elektrga
aylantiradi. Hozirgi vaqtda quyosh batareyalarining samaradorligi 20% ga etadi.
Hozircha quyosh batareyalaridan olingan energiya ko'mir, neft yoki urandan
olinadigan energiyadan taxminan 50 baravar qimmatroq.
Fotokonverter rejimi uchinchi kvadrantning I - V xarakteristikasiga mos keladi.
Ushbu rejimda fotodiod zanjirda mavjud bo'lgan ba'zi bir tashqi kuchlanish
manbalaridan energiya (u i\u003e 0) iste'mol qiladi (6.9-rasm). Ushbu rejimning
grafik tahlili an'anaviy diyot singari yuk chizig'i yordamida amalga oshiriladi.
Bunday holda, xususiyatlar odatda birinchi kvadrantda an'anaviy ravishda
tasvirlanadi (6.10-rasm).
Shakl: 6.9-rasm 6.10
Fotodiodlar fotorezistorlarga qaraganda tezroq. Ular 107-1010 Hz
chastotalarida ishlaydi. Fotodiod ko'pincha LED-fotodiod optokupllarda ishlatiladi.
Bunday holda, fotodiodning turli xil xususiyatlari LEDning turli xil oqimlariga mos
keladi (bu holda har xil yorug'lik oqimlarini yaratadi).
1. Fotodiodning energiya xarakteristikalari fotodokni fotodiodga tushadigan
yorug'lik oqimi bilan bog'laydi. Fotodiod generator rejimida ishlaganda yorug'lik
oqimiga bog'liqligi faqat qisqa tutashgan fotodiod bilan qat'iy ravishda chiziqli
bo'ladi. Yuklanish qarshiligining oshishi bilan xarakteristikalar tobora ko'proq
egilib, umuman to'yinganlik mintaqasiga ega (3.12-rasm, a). Fotodiod tashqi
kuchlanish manbai bo'lgan zanjirda ishlaganda, energiya xarakteristikalari chiziqli
bo'lganlarga ancha yaqinlashadi. Amaldagi voltajning oshishi bilan fototok bir oz
ortadi (3.12-rasm, b). Bu b-o'tish mintaqasining kengayishi va taglik kengligining
pasayishi bilan izohlanadi, natijada a-o'tish tomon harakatlanayotganda zaryad
tashuvchilarning kichik qismi bazada qayta birlashadi.
2. Fotodiodning absolyut va nisbiy spektral xarakteristikalari fotorezistorning
mos keladigan xususiyatlariga o'xshash va fotodiod materialiga va kiritilgan kirlarga
bog'liq (3.12-rasm, s-rasm).
Spektral xarakteristikalar amalda spektrning ko'rinadigan (300-750 nm) va
infraqizil mintaqalarini qamrab oladi.
4. Chastotali javob, yorug'lik oqimining yorqinligi har xil nurlanish chastotalari
bilan o'zgarganda integral sezgirlikning o'zgarishini ko'rsatadi (3.12-rasm, d). Ba'zan
fotodiodning inertsional xossalari kesish chastotasi bilan ajralib turadi, unda integral
sezgirlik uning statik qiymati bilan taqqoslash omili bilan kamayadi.
|