Apa itu Fotodioda?
Apa itu Fotodioda?
Definisi Fotodioda
Fotodioda didefinisikan sebagai dioda PN junction yang menghasilkan arus ketika terkena cahaya. Junction ini dibentuk dengan menggabungkan material semikonduktor tipe P dan tipe N. Material tipe P memiliki pembawa muatan positif (lubang) ekstra, sementara material tipe N memiliki pembawa muatan negatif (elektron) ekstra. Ketika kedua material ini bertemu, elektron dari wilayah tipe N bergerak ke wilayah tipe P, bergabung kembali dengan lubang dan menciptakan wilayah depleksi. Wilayah ini berfungsi sebagai penghalang untuk difusi lebih lanjut dari pembawa muatan.
Fotodioda memiliki dua terminal, anoda dan katoda, yang masing-masing terhubung ke wilayah tipe P dan tipe N. Anoda biasanya ditandai dengan tab atau titik pada paket perangkat. Simbol fotodioda ditunjukkan di bawah ini, dengan dua panah yang menunjuk ke arah junction untuk menunjukkan bahwa ia sensitif terhadap cahaya.
Prinsip Kerja
Ketika fotodioda terhubung dalam bias balik ke rangkaian eksternal, arus balik kecil mengalir dari anoda ke katoda. Arus ini, yang dikenal sebagai arus gelap, berasal dari generasi termal pembawa muatan minoritas dalam semikonduktor. Arus gelap tidak bergantung pada tegangan balik yang diterapkan tetapi bervariasi dengan suhu dan tingkat doping.
Ketika cahaya dengan energi cukup memukul fotodioda, ia menciptakan pasangan elektron-lubang dalam material semikonduktor. Proses ini juga dikenal sebagai efek fotoelektrik internal. Jika penyerapan cahaya terjadi di atau dekat wilayah depleksi, pembawa muatan ini disapu oleh medan listrik melintasi junction, menciptakan arus foto yang menambah arus gelap. Dengan demikian, lubang bergerak menuju anoda, dan elektron bergerak menuju katoda, dan arus balik meningkat seiring meningkatnya intensitas cahaya.
Arus foto proporsional dengan intensitas cahaya untuk panjang gelombang dan suhu tertentu. Jika intensitas cahaya terlalu tinggi, arus foto mencapai nilai maksimum yang disebut arus jenuh, di mana ia tidak lagi meningkat. Arus jenuh ini bergantung pada geometri dan sifat material perangkat.
Fotodioda dapat beroperasi dalam dua mode: mode fotovoltaik dan mode fotokonduktif.
Mode Fotovoltaik
Dalam mode fotovoltaik, tidak ada tegangan balik eksternal yang diterapkan pada fotodioda, membuatnya berfungsi seperti sel surya yang menghasilkan daya dari cahaya. Arus foto mengalir melalui rangkaian pendek atau impedansi beban yang terhubung ke terminal. Jika rangkaian terbuka atau memiliki impedansi tinggi, tegangan akan terbentuk di seluruh perangkat, membias maju. Tegangan ini, yang disebut tegangan sirkuit terbuka, bergantung pada intensitas dan panjang gelombang cahaya.
Mode fotovoltaik memanfaatkan efek fotovoltaik, yang digunakan untuk menghasilkan energi surya dari sinar matahari. Namun, mode ini memiliki beberapa kekurangan, seperti kecepatan respons rendah, hambatan seri tinggi, dan sensitivitas rendah.
Mode Fotokonduktif
Dalam mode fotokonduktif, tegangan balik eksternal diterapkan pada fotodioda, dan ia berfungsi seperti resistor variabel yang mengubah resistansinya dengan intensitas cahaya. Arus foto mengalir melalui rangkaian eksternal yang menyediakan tegangan bias dan mengukur arus atau tegangan output.
Mode fotokonduktif memiliki beberapa keunggulan dibandingkan mode fotovoltaik, seperti kecepatan respons tinggi, hambatan seri rendah, sensitivitas tinggi, dan rentang dinamis yang lebar. Namun, mode ini juga memiliki beberapa kekurangan, seperti tingkat noise yang lebih tinggi, konsumsi daya yang lebih tinggi, dan linearitas yang lebih rendah.
Karakteristik Fotodioda
Karakteristik fotodioda menggambarkan kinerjanya di bawah kondisi intensitas cahaya, panjang gelombang, suhu, tegangan bias, dll. Beberapa karakteristik ini adalah:
Aplikasi Fotodioda
Komunikasi optik
Pengukuran optik
Pembentukan gambar optik
Pengalihan optik
Pembangkitan tenaga surya
Kesimpulan
Fotodioda adalah perangkat semikonduktor yang mengubah cahaya menjadi arus listrik. Ia bekerja berdasarkan prinsip efek fotoelektrik internal yang menciptakan pasangan elektron-lubang ketika foton memukul dioda PN junction. Fotodioda beroperasi dalam kondisi bias balik dan memiliki dua mode: mode fotovoltaik dan mode fotokonduktif. Fotodioda memiliki berbagai karakteristik, seperti responsivitas, efisiensi kuantum, respons spektral, arus gelap, hambatan gelap, noise, linearitas, dan waktu respons.
Fotodioda memiliki banyak aplikasi dalam komunikasi optik, pengukuran optik, pembentukan gambar optik, pengalihan optik, dan pembangkitan tenaga surya. Fotodioda dapat digunakan untuk membuat rangkaian alarm dan rangkaian hitung dengan mendeteksi gangguan sinar cahaya. Fotodioda adalah perangkat yang serbaguna dan berguna yang dapat merasakan dan mengubah cahaya menjadi listrik.
