Fotodiody PN

Fotodioda PN

Při vhodných podmínkách vyvolávají fotony dopadající na PN přechod tok elektrického proudu. Velikost proudu je úměrná počtu dopadajících fotonů. Toto je základní princip funkce fotodetektorů.

Je-li fotodioda polarizována v závěrném směru, protéká jí velmi malý proud, proud za temna. Elektrony na okrajích přechodu PN rekombinují s dírami a tím vytváří ve středu přechodu oblast bez volných nosičů elektrického náboje. Tato omezená oblast přechodu PN vykazuje vlastnosti izolantu a způsobuje snížení toku proudu v závěrném směru.

Vytvoření párů elektron-díra v ochuzené oblasti je způsobeno absorpcí fotonů s potřebnou energií. Oddělené nosiče náboje jsou závěrným napětím přitahovány na opačné konce fotodiody a tím je vyvolán tok proudu. Čím více fotonů dopadne na fotodiodu, tím více nosičů náboje vznikne v ochuzené vrstvě a tím poteče větší proud.

Fotodiody PN mají dlouhou dobu odezvy, která jim neumožňuje využití pro rychlé přenosy a velký proud za temna, který způsobuje velký šum. Tyto vlastnosti fotodiodu PN vyřazují z telekomunikačních přenosů a předurčují ji do průmyslových aplikací.

Fotodioda PIN

Čím je větší vlnová délka dopadajícího světla na fotodiodu, tím hlouběji musí světlo proniknout do ochuzené oblasti, aby bylo pohlceno. Pro detekci světla s velkou vlnovou délkou je nutnost zvětšit hloubku ochuzené oblasti. Mezi oblasti P a N je vložena oblast I. Vrstva I je tak málo dotovaná, že ji můžeme považovat za nedotovanou.

Vložením této vrstvy vzniká struktura PIN, tedy fotodioda PIN. Při přivedení závěrného napětí je oblast I zcela ochuzena.

Ochuzená oblast zvětší kvantovou a spektrální účinnost a je možné zvýšit napětí na PN přechodu. Toto zvýšené napětí výrazně urychluje elektrony a díry vzniklé fotoelektrickým jevem. Díky tomu jsou PIN fotodiody velmi rychlé. PIN diody jsou schopny detekovat velmi malé signály a používají se pro komunikaci na malé vzdálenosti. Uplatnění najdou zejména v lokálních sítích (LAN) spolu s vláknem typu gradient a generátorem LED. Jde o sítě s velikostí až několik kilometrů s přenosovou rychlostí stovky megabit za sekundu. Jako detektory na velké vzdálenosti (sítě WAN) jsou nevhodné.

Zdroje
  • STRNAD, Stanislav. Optická vlákna a telekomunikace. 2. vydání Praha 1991, ISBN 80-900721-0-0

Obrázky:

  • Obr. 1: Archiv autora
  • Obr. 2: Archiv autora
  • Obr. 3: Archiv autora
Obrázek

Obr. 1: Laboratorní detektor záření pro detekci viditelného spektra a blízké imfračervené oblasti

Obrázek

Obr. 2: Generátor záření a detektor záření jako měřicí přístroje pro měření útlumu

Obrázek

Obr. 3: Detektor je i součástí spektrálního analyzátoru