Apakah Photodiode?

Apakah Fotodioda?

Definisi Fotodioda

Fotodioda didefinisikan sebagai dioda PN yang menghasilkan arus ketika terkena cahaya. Sambungan ini dibentuk dengan menggabungkan bahan semikonduktor P-tipe dan N-tipe. Bahan P-tipe memiliki pembawa muatan positif ekstra (lubang), sementara bahan N-tipe memiliki pembawa muatan negatif ekstra (elektron). Ketika bahan-bahan ini bertemu, elektron dari wilayah N-tipe bergerak ke wilayah P-tipe, bergabung kembali dengan lubang dan menciptakan wilayah depletasi. Wilayah ini berfungsi sebagai penghalang untuk difusi pembawa muatan lebih lanjut.

Fotodioda memiliki dua terminal, anoda dan katoda, yang masing-masing terhubung ke wilayah P-tipe dan N-tipe. Anoda biasanya ditandai dengan tab atau titik pada paket perangkat. Simbol fotodioda ditunjukkan di bawah ini, dengan dua panah menunjuk ke sambungan untuk menunjukkan bahwa ia sensitif terhadap cahaya.

Prinsip Kerja

Ketika fotodioda dihubungkan 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 bahan semikonduktor. Proses ini juga dikenal sebagai efek fotoelektrik internal. Jika penyerapan cahaya terjadi di atau dekat wilayah depletasi, pembawa muatan ini disapu oleh medan listrik melintasi sambungan, 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 luar 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, sehingga membuatnya berperilaku 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 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, resistansi seri tinggi, dan sensitivitas rendah.

Mode Fotokonduktif

Dalam mode fotokonduktif, tegangan balik eksternal diterapkan pada fotodioda, dan ia berperilaku seperti resistor variabel yang mengubah hambatannya dengan intensitas cahaya. Arus foto mengalir melalui rangkaian eksternal yang menyediakan tegangan bias dan mengukur arus atau tegangan output.

Mode fotokonduktif memiliki beberapa keuntungan dibandingkan mode fotovoltaik, seperti kecepatan respons tinggi, resistansi seri rendah, sensitivitas tinggi, dan rentang dinamis yang luas. 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 mendeskripsikan kinerjanya di bawah kondisi intensitas cahaya, panjang gelombang, suhu, tegangan bias, dll. Beberapa karakteristik tersebut adalah:

Aplikasi Fotodioda

• Komunikasi optik

• Pengukuran optik

• Imaging optik

• Switching 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. 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, imaging optik, switching optik, dan pembangkitan tenaga surya. Fotodioda dapat digunakan untuk membuat rangkaian alarm dan rangkaian counter dengan mendeteksi gangguan sinar cahaya. Fotodioda adalah perangkat yang serbaguna dan berguna yang dapat merasakan dan mengubah cahaya menjadi listrik.