Struktura

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

Content img 3802

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

Obrázek

Content img 3791

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

Obrázek

Content img 3784

Obr. 3: Detektor je i součástí spektrálního analyzátoru

Logolink