포토다이오드란? (2부) - 레이저 안전

다음 문제는 다음을 사용하여 해결할 수 있습니다.포토다이오드또는 포토트랜지스터. 예를 들어 휴대폰 카메라는 플래시를 활성화해야 하는지 판단하기 위해 주변광을 측정해야 합니다. 혈중 산소 수치를 비침습적으로 평가하는 방법은 무엇입니까? 이러한 광전자 장치는 빛(광자)을 마이크로프로세서(또는 마이크로컨트롤러)가 "볼" 수 있는 전기 신호로 변환합니다. 이러한 방식으로 물체의 위치 및 배열을 제어하고 빛의 강도를 결정하며 빛과의 상호 작용을 기반으로 재료의 물리적 특성을 측정할 수 있습니다.

이제 두 번째 부분에 대해 이야기합시다.

Difference Between Photodiode and Phototransistor

1. 포토다이오드 구조

포토다이오드의 핵심 요구 사항 중 하나는 빛을 모으기에 적합한 영역입니다. 표준 PN 접합 내에서 이것은 상대적으로 작지만 PIN 다이오드를 사용하여 면적을 늘릴 수 있습니다. 진성 영역은 집광에 사용되는 활성 접합에 포함되어 있기 때문에 집광에 사용되는 영역이 훨씬 커서 PIN 광다이오드를 보다 효율적으로 만듭니다.

포토다이오드 제조 공정에서는 P형과 N형 층 사이에 두꺼운 진성층이 삽입된다. 중간 고유층은 완전히 고유하거나 매우 약하게 도핑되어 N층이 될 수 있습니다. 경우에 따라 에피택셜 층으로 기판에서 성장하거나 기판 자체에 포함될 수 있습니다.

P 플러스 확산층은 강하게 도핑된 N형 에피택셜층에서 개발될 수 있습니다. 접점은 금속 디자인으로 만들어졌으며 양극과 음극과 같은 두 개의 단자로 만들 수 있습니다. 다이오드의 전면 영역은 활성 표면과 수동 표면과 같은 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

비활성 표면의 설계는 이산화규소(SiO2)로 할 수 있습니다. 활성 표면에서는 빛이 비출 수 있지만 비활성 표면에서는 빛이 비칠 수 없습니다. 무반사 물질로 활성면을 덮어 빛의 에너지를 잃지 않고 최대 전류로 변환할 수 있다.

Laser diode

포토다이오드의 주요 요구 사항 중 하나는 최대량의 빛이 고유 레이어에 도달하도록 하는 것입니다. 이를 달성하는 가장 효율적인 방법 중 하나는 이미지에 표시된 대로 장치 측면에 전기 접점을 배치하는 것입니다. 이렇게 하면 유효 영역에 도달할 수 있는 빛의 최대량이 허용됩니다. 기판이 많이 도핑되어 있기 때문에 활성 영역이 아니기 때문에 빛의 손실이 거의 없음을 알 수 있습니다.

빛은 대부분 일정한 거리에서 흡수되기 때문에 진성층의 두께는 대개 이와 일치한다. 이 두께를 초과하면 작동 속도가 감소하고(많은 응용 분야에서 중요한 요소임) 효율성이 크게 증가하지 않습니다.

빛은 접합부의 한쪽에서 포토다이오드로 들어갈 수도 있습니다. 이러한 방식으로 포토다이오드를 작동하면 효율성이 감소하더라도 작동 속도를 높이기 위해 더 적은 수의 고유 레이어를 만들 수 있습니다.

경우에 따라 헤테로접합을 사용할 수 있습니다. 이러한 형태의 구조는 기판에서 빛을 받는 유연성이 추가되었으며 에너지 갭이 더 커서 빛에 투명합니다.

Laser diode

덜 표준적인 프로세스이기 때문에 구현하는 데 더 많은 비용이 들기 때문에 더 전문화된 제품에 사용되는 경향이 있습니다.

2. 포토다이오드 특성

(1) 볼트 암페어 특성

포토다이오드의 광전류와 포토다이오드에 인가되는 전압 사이의 관계를 나타냅니다.

(2) 조명 특성

음극과 양극 사이의 포토다이오드 전압이 일정할 때 광속과 광전류의 관계를 말합니다. 광 특성 곡선의 기울기를 포토다이오드 감도라고 합니다.

(3) 스펙트럼 특성

광전류와 입사광의 파장 사이의 관계를 분광 특성이라고 합니다. 광자 에너지는 빛의 파장과 관련이 있습니다. 파장이 길수록 광자 에너지는 작아집니다. 파장이 짧을수록 광자는 더 활동적입니다.

3. 포토다이오드의 기능

(1) 조명 제어

포토 다이오드는 광전 스위치로 사용할 수 있으며 그 회로는 다음 그림과 같습니다. 빛이 없으면 역전압으로 인해 포토다이오드 VD1이 차단됩니다. 트랜지스터 VT1 및 VT2도 기본 전류 없이 차단됩니다. 릴레이가 해제 상태에 있습니다.

VD1에서 빛이 방출되면 컷오프에서 전도로 전환됩니다. 결과적으로 VT1과 VT2가 연속적으로 켜지고 릴레이 K가 인출되고 제어 회로가 켜집니다.

(2) 광신호 수신

포토다이오드는 광 신호를 수신하는 데 사용할 수 있습니다. 다음 그림은 증폭 포토 다이오드 회로를 수신하는 광 신호를 보여줍니다. 광 신호는 포토다이오드 VD에 의해 수신되고 VT에 의해 증폭되며 커플링 커패시터 C에 의해 출력됩니다.

4. 포토다이오드 애플리케이션

(1) 광전지

광전지는 본질적으로 PN 접합의 넓은 영역입니다. P-영역 표면과 같은 PN 접합 표면에서 빛이 방출될 때 P-영역의 각 광자는 광자 에너지가 반도체 재료의 밴드갭 대역폭보다 크면 자유 전자-정공 쌍을 생성합니다.

전자-정공 쌍은 내부로 빠르게 확산되어 접합 전계 아래에서 빛의 강도와 관련된 기전력을 형성합니다. 이때 전원 공급 장치로 사용하고 외부 회로에 연결하면 빛이 있는 한 계속해서 전원을 공급하는 것이 광전지입니다. 즉, 광전지는 바이어스 전압이 없는 PN 접합 광전 소자이다. 그것은 빛 에너지를 전기로 직접 변환할 수 있습니다.

(2) 태양 전지

태양 전지는 반도체 소자입니다. 햇빛이 반도체에 닿으면 일부는 반사되고 나머지는 반도체를 흡수하거나 투과합니다. 흡수된 빛 중 일부는 열이 되고 다른 광자는 반도체를 구성하는 원자가 전자와 충돌하여 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이런 식으로 빛 에너지가 전기로 변환됩니다.

따라서 태양광이 조사된 후 태양 전지의 두 끝은 DC 전압을 생성하여 태양광 에너지를 DC 전류로 직접 변환합니다. 금속 리드를 P, N 레이어에 납땜하고 부하를 연결하면 외부 회로를 통해 전류가 흐릅니다.

이와 같이 일련의 광전지를 병렬로 연결하면 일정한 전압과 전류를 발생시켜 전력을 출력할 수 있다.

(3) 태양광 조명 시스템

태양광 발전 시스템은 태양 전지를 이용하여 태양 에너지를 전기로 변환하는 발전 시스템입니다. 그것은 광전 효과를 사용합니다.

주요 구성 요소는 태양 전지, 배터리, 컨트롤러 및 인버터입니다. 높은 신뢰성, 긴 서비스 수명, 무공해, 독립 발전, 포토다이오드 그리드 연결 작동.

포토다이오드 태양광 모드는 빛, 온도 등 외부 환경 요인에 크게 영향을 받기 때문에 동작점이 빠르게 변한다. 독립 발전 시스템과 그리드 연결 발전 시스템이 있습니다.

① 독립 태양광 발전 시스템

독립 태양광 발전 시스템은 그리드에 연결되지 않은 발전 방식입니다. 밤 동안 에너지를 저장하려면 배터리가 필요합니다. 독립 태양광 발전은 주로 외딴 마을과 가정에서 사용됩니다.

전압 생성 시스템의 구조도

② 계통 연계형 태양광 발전 시스템

계통 연계형 태양광 발전 시스템은 국가 그리드에 연결되어 그리드에 전력을 공급합니다. 배터리가 필요하지 않습니다. 주거용 태양광 발전 시스템은 대부분 가정에 있습니다. 또한 공공 시설, 야간 경관 조명 시스템 및 태양광 발전소에서도 사용됩니다.

(4) 포토다이오드의 다른 응용 분야는 다음과 같습니다.