Ano ang Photodiode?

Ano ang Photodiode?

Pangungusap ng Photodiode

Ang photodiode ay isang PN junction diode na lumilikha ng kasalukuyan kapag ito ay nakatutok sa liwanag. Ang junction na ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng P-type at N-type semiconductor materials. Ang P-type material ay may extra positive charge carriers (holes), samantalang ang N-type material ay may extra negative charge carriers (electrons). Kapag ang mga materyales na ito ay nagtugma, ang mga electrons mula sa rehiyon ng N-type ay lumilipat sa rehiyon ng P-type, nagsasanib sa mga holes at lumilikha ng isang depletion region. Ang rehiyong ito ay gumagamit bilang isang baryera para sa karagdagang charge carrier diffusion.

Ang photodiode ay may dalawang terminal, an anode at cathode, na konektado sa P-type at N-type regions, kahit saan. Ang anode ay karaniwang may tab o dot sa device package. Ang simbolo ng photodiode ay ipinapakita sa ibaba, may dalawang arrow na tumutunton patungo sa junction upang ipakita na ito ay sensitibo sa liwanag.

Prinsipyong Paggawa

Kapag ang photodiode ay konektado sa reverse bias sa isang panlabas na circuit, ang isang maliliit na reverse current ay lumilipat mula sa anode papunta sa cathode. Ang kasalukuyang ito, na kilala bilang dark current, ay resulta ng thermal generation ng minority charge carriers sa semiconductor. Ang dark current ay hindi depende sa inilapat na reverse voltage ngunit nag-iiba-iba depende sa temperatura at doping level.

Kapag ang sapat na enerhiyang liwanag ay tumama sa photodiode, ito ay lumilikha ng electron-hole pairs sa semiconductor material. Ang prosesong ito ay kilala rin bilang inner photoelectric effect. Kung ang absorpsyon ng liwanag ay nangyayari sa loob o malapit sa depletion region, ang mga charge carriers na ito ay sinisipsip ng electric field sa pagitan ng junction, lumilikha ng photocurrent na idinadagdag sa dark current. Kaya, ang mga holes ay lumilipat patungo sa anode, at ang mga electrons ay lumilipat patungo sa cathode, at ang reverse current ay tumataas habang tumaas ang intensidad ng liwanag.

Ang photocurrent ay proporsyonal sa intensidad ng liwanag para sa ispesipikong wavelength at temperatura. Kung ang intensidad ng liwanag ay masyadong mataas, ang photocurrent ay umabot sa maximum value na tinatawag na saturation current, kung saan hindi ito naaangkop pa. Ang saturation current na ito ay depende sa heometriya at katangian ng materyal ng device.

Ang photodiode ay maaaring mag-operate sa dalawang mode: photovoltaic mode at photoconductive mode.

Photovoltaic Mode

Sa photovoltaic mode, walang panlabas na reverse voltage na inilapat sa photodiode, kaya ito ay gumagana tulad ng solar cell na lumilikha ng lakas mula sa liwanag. Ang photocurrent ay lumilipat sa pamamagitan ng short circuit o load impedance na konektado sa mga terminal. Kung ang circuit ay bukas o may mataas na impedance, ang isang voltage ay lumilikha sa ibabaw ng device, forward-biasing ito. Ang voltage na ito, na tinatawag na open-circuit voltage, ay depende sa intensidad at wavelength ng liwanag.

Ang photovoltaic mode ay gumagamit ng photovoltaic effect, na ginagamit upang lumikha ng solar energy mula sa sunlight. Gayunpaman, ang mode na ito ay may ilang mga kadahilanan, tulad ng mababang response speed, mataas na series resistance, at mababang sensitivity.

Photoconductive Mode

Sa photoconductive mode, ang isang panlabas na reverse voltage ay inilapat sa photodiode, at ito ay gumagana tulad ng variable resistor na nagbabago ang resistance nito depende sa intensidad ng liwanag. Ang photocurrent ay lumilipat sa pamamagitan ng panlabas na circuit na nagbibigay ng bias voltage at sumusukat ng output current o voltage.

Ang photoconductive mode ay may ilang mga abilidad kumpara sa photovoltaic mode, tulad ng mataas na response speed, mababang series resistance, mataas na sensitivity, at malawak na dynamic range. Gayunpaman, ang mode na ito ay may ilang mga kadahilanan din, tulad ng mas mataas na noise levels, mas mataas na power consumption, at mas mababang linearity.

Katangian ng Photodiode

Ang mga katangian ng photodiode ay naglalarawan ng kanyang performance sa iba't ibang kondisyon ng intensidad ng liwanag, wavelength, temperatura, bias voltage, atbp. Ang ilan sa mga katangian na ito ay:

Mga Application ng Photodiode

• Optical communication

• Optical measurement

• Optical imaging

• Optical switching

• Solar power generation

Kinalabasan

Ang photodiode ay isang semiconductor device na nagcoconvert ng liwanag sa electric current. Ito ay gumagana batay sa prinsipyong inner photoelectric effect na lumilikha ng electron-hole pairs kapag ang photons ay tumama sa PN junction diode. Ang photodiode ay nag-ooperate sa reverse bias conditions at may dalawang mode: photovoltaic mode at photoconductive mode. Ang photodiode ay may iba't ibang katangian, tulad ng responsivity, quantum efficiency, spectral response, dark current, dark resistance, noise, linearity, at response time.

Ang photodiode ay may maraming application sa optical communication, optical measurement, optical imaging, optical switching, at solar power generation. Ang photodiode ay maaaring gamitin upang gawin ang alarm circuits at counter circuits sa pamamagitan ng pag-detect ng pagkaka-interrupt ng light beams. Ang photodiode ay isang versatile at useful device na maaaring magsense at convert ng liwanag sa electricity.