โฟโตไดโอดคืออะไร? (ตอนที่ 2)

ปัญหาต่อไปนี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้โฟโต้ไดโอดหรือโฟโต้ทรานซิสเตอร์. ตัวอย่างเช่น กล้องของโทรศัพท์จำเป็นต้องวัดแสงโดยรอบเพื่อพิจารณาว่าจำเป็นต้องเปิดใช้งานแฟลชหรือไม่ จะประเมินระดับออกซิเจนในเลือดโดยไม่รุกล้ำได้อย่างไร? อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้แปลงแสง (โฟตอน) เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ไมโครโปรเซสเซอร์ (หรือไมโครคอนโทรลเลอร์) สามารถ "มองเห็น" ด้วยวิธีนี้ คุณจะสามารถควบคุมตำแหน่งและการจัดเรียงของวัตถุ กำหนดความเข้มของแสง และวัดคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุตามปฏิสัมพันธ์กับแสง

ตอนนี้เรามาพูดถึงส่วนที่สองกัน

1. โครงสร้างโฟโตไดโอด

ข้อกำหนดที่สำคัญประการหนึ่งสำหรับโฟโตไดโอดคือพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการรวบรวมแสง ภายในจุดเชื่อมต่อ PN มาตรฐาน มีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่สามารถเพิ่มพื้นที่ได้โดยใช้ไดโอด PIN เนื่องจากบริเวณภายในนั้นอยู่ในจุดเชื่อมต่อที่ใช้งานอยู่ซึ่งใช้สำหรับการรวบรวมแสง บริเวณที่ใช้สำหรับการรวบรวมแสงจึงมีขนาดใหญ่กว่ามาก ทำให้โฟโตไดโอด PIN มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในกระบวนการผลิตโฟโตไดโอด ชั้นภายในที่หนาจะถูกแทรกระหว่างชั้น P-type และ N-type ชั้น eigen ระหว่างกลางสามารถเป็น eigen ได้ทั้งหมดหรือเจือเบา ๆ เพื่อให้เป็นชั้น N ในบางกรณี มันสามารถปลูกบนพื้นผิวเป็นชั้น epitaxial หรือสามารถมีอยู่ภายในวัสดุพิมพ์เอง

สามารถพัฒนาชั้นการแพร่กระจาย P plus บนชั้น epitaxial ชนิด N ที่เจืออย่างหนัก หน้าสัมผัสทำจากการออกแบบโลหะและสามารถทำเป็นขั้วสองขั้ว เช่น ขั้วบวกและขั้วลบ พื้นที่ด้านหน้าของไดโอดแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ พื้นผิวแบบแอคทีฟและพื้นผิวแบบพาสซีฟ

การออกแบบพื้นผิวที่ไม่ใช้งานสามารถทำได้ด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) บนพื้นผิวที่ใช้งานอยู่ แสงสามารถส่องแสงได้ ในขณะที่บนพื้นผิวที่ไม่ได้ใช้งาน แสงจะไม่สามารถส่องแสงได้ ด้วยการคลุมพื้นผิวที่ใช้งานด้วยวัสดุป้องกันแสงสะท้อน พลังงานของแสงจะไม่สูญเสียไป และสามารถแปลงค่าสูงสุดเป็นกระแสไฟฟ้าได้

ข้อกำหนดหลักประการหนึ่งของโฟโตไดโอดคือเพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณแสงสูงสุดไปถึงชั้นเนื้อแท้ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดวิธีหนึ่งในการบรรลุผลดังกล่าวคือการวางหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่ด้านข้างของอุปกรณ์ ดังที่แสดงในภาพ สิ่งนี้ทำให้ปริมาณแสงสูงสุดไปถึงพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ พบว่าเนื่องจากสารตั้งต้นถูกเจือในปริมาณมาก จึงแทบไม่มีการสูญเสียแสงเนื่องจากไม่ใช่บริเวณที่ใช้งานอยู่

เนื่องจากแสงส่วนใหญ่ถูกดูดกลืนในระยะหนึ่ง ความหนาของชั้นภายในมักจะตรงกับค่านี้ การเพิ่มความหนานี้จะทำให้ความเร็วของการทำงานลดลง ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้งานจำนวนมาก และจะไม่เพิ่มประสิทธิภาพมากนัก

แสงยังสามารถเข้าสู่โฟโตไดโอดจากด้านหนึ่งของทางแยก เมื่อใช้โฟโตไดโอดในลักษณะนี้ สามารถสร้างเลเยอร์ภายในน้อยลงเพื่อเพิ่มความเร็วของการทำงาน แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพลดลงก็ตาม

ในบางกรณี สามารถใช้ heterojunction ได้ โครงสร้างรูปแบบนี้มีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นในการรับแสงจากวัสดุพิมพ์ และมีช่องว่างพลังงานที่มากขึ้น ทำให้โปร่งใสต่อแสง

เนื่องจากเป็นกระบวนการที่มีมาตรฐานน้อยกว่า จึงมีราคาแพงกว่าในการดำเนินการ ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะทางมากกว่า

2. ลักษณะของโฟโตไดโอด

(1) คุณลักษณะของโวลต์แอมแปร์

มันหมายถึงความสัมพันธ์ระหว่างโฟโตกระแสบนโฟโตไดโอดและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับโฟโตไดโอด

(2) ลักษณะแสงสว่าง

มันหมายถึงความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์ส่องสว่างและกระแสไฟเมื่อแรงดันโฟโตไดโอดระหว่างแคโทดและแอโนดคงที่ ความชันของเส้นโค้งคุณลักษณะของแสงเรียกว่าความไวของโฟโตไดโอด

(3) ลักษณะทางสเปกตรัม

ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสแสงและความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบเรียกว่าคุณสมบัติทางสเปกตรัม พลังงานโฟตอนเกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นของแสง ยิ่งความยาวคลื่นยาว พลังงานโฟตอนจะยิ่งน้อยลง ยิ่งความยาวคลื่นสั้นลงเท่าใด โฟตอนก็ยิ่งมีพลังมากขึ้นเท่านั้น

3. หน้าที่ของโฟโตไดโอด

(1) การควบคุมแสง

โฟโตไดโอดสามารถใช้เป็นสวิตช์โฟโตอิเล็กทริกได้ และวงจรของโฟโตไดโอดจะแสดงในรูปต่อไปนี้ เมื่อไม่มีแสง โฟโตไดโอด VD1 จะถูกตัดการทำงานเนื่องจากแรงดันย้อนกลับ ทรานซิสเตอร์ VT1 และ VT2 ยังถูกตัดขาดโดยไม่มีกระแสเบส รีเลย์อยู่ในสถานะปล่อย

เมื่อแสงถูกปล่อยออกมาบน VD1 แสงจะเปลี่ยนจากการตัดเป็นการนำ เป็นผลให้ VT1 และ VT2 เปิดติดๆ กัน รีเลย์ K ดึง และวงจรควบคุมเปิดอยู่

(2) การรับสัญญาณแสง

โฟโตไดโอดสามารถใช้รับสัญญาณแสงได้ ภาพต่อไปนี้แสดงวงจรโฟโตไดโอดขยายสัญญาณรับแสง โฟโตไดโอด VD รับสัญญาณไฟ ขยายสัญญาณโดย VT และเอาต์พุตโดยตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง C

4. แอพพลิเคชั่นโฟโต้ไดโอด

(1) ตาแมว

โฟโตเซลล์เป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ของทางแยก PN เมื่อแสงถูกปล่อยออกมาบนพื้นผิวจุดเชื่อมต่อ PN เช่น พื้นผิวบริเวณ P โฟตอนแต่ละโฟตอนในบริเวณ P จะสร้างคู่อิเล็กตรอนอิสระหากพลังงานโฟตอนมากกว่าแบนด์วิดท์แบนด์แกปของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

คู่อิเล็กตรอน-โฮลจะกระจายเข้าด้านในอย่างรวดเร็วและสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับความเข้มของแสงภายใต้สนามไฟฟ้าของจุดแยก เวลานี้ถ้าเราใช้เป็นไฟเลี้ยงต่อกับวงจรภายนอก ตราบใดที่มีไฟ มันก็จะยังจ่ายไฟต่อไป ซึ่งก็คือ ตาแมวนั่นเอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง โฟโตเซลล์เป็นอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริกแบบแยก PN ที่ไม่มีแรงดันไบแอส สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นไฟฟ้าได้โดยตรง

(2) เซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ เมื่อแสงแดดตกกระทบสารกึ่งตัวนำ บางส่วนจะสะท้อนกลับ และส่วนที่เหลือจะถูกดูดซับหรือทะลุผ่านสารกึ่งตัวนำ แสงที่ถูกดูดกลืนบางส่วนกลายเป็นความร้อน ในขณะที่โฟตอนอื่นๆ ชนกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ประกอบกันเป็นเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-โฮล ด้วยวิธีนี้พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า

ดังนั้น หลังจากที่ฉายแสงอาทิตย์แล้ว ปลายทั้งสองด้านของเซลล์แสงอาทิตย์จะสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งจะเป็นการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงโดยตรง ถ้าเราบัดกรีโลหะที่นำไปสู่ชั้น P และ N และเชื่อมต่อโหลด กระแสจะไหลผ่านวงจรภายนอก

ด้วยวิธีนี้ หากเราต่ออนุกรมของโฟโตเซลล์แบบขนาน แรงดันและกระแสที่แน่นอนจะสามารถสร้างเป็นพลังงานเอาท์พุตได้

(3) ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า มันใช้เอฟเฟกต์เซลล์แสงอาทิตย์

ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ ตัวควบคุม และอินเวอร์เตอร์ ความน่าเชื่อถือสูง, อายุการใช้งานยาวนาน, ไม่มีมลพิษ, การผลิตไฟฟ้าอิสระ, การทำงานที่เชื่อมต่อกับโฟโตไดโอดกริด

เนื่องจากโหมดเซลล์แสงอาทิตย์โฟโตไดโอดได้รับผลกระทบอย่างมากจากปัจจัยแวดล้อมภายนอก เช่น แสงและอุณหภูมิ จุดทำงานจึงเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว มีระบบผลิตไฟฟ้าอิสระและระบบผลิตไฟฟ้าแบบเชื่อมต่อกับกริด

① ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์อิสระ

ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระเป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับกริด ต้องใช้แบตเตอรี่เพื่อเก็บพลังงานสำหรับกลางคืน การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระส่วนใหญ่จะใช้ในหมู่บ้านและบ้านที่อยู่ห่างไกล

แผนภาพโครงสร้างระบบสร้างโวลต์

② ระบบผลิตไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกริด

ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับกริดเชื่อมต่อกับกริดแห่งชาติเพื่อจ่ายพลังงานให้กับกริด ไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับที่อยู่อาศัยส่วนใหญ่อยู่ในบ้าน นอกจากนี้ยังใช้ในระบบสาธารณูปโภค ระบบไฟภูมิทัศน์กลางคืน และโซลาร์ฟาร์ม

(4) การประยุกต์ใช้โฟโตไดโอดอื่นๆ ได้แก่:

• โฟโตไดโอดใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสง เนื่องจากกระแสในนั้นเป็นสัดส่วนกับความเข้มของแสง จึงใช้ในการวัดความเข้มของแสงด้วย

•โฟโตไดโอดในอุปกรณ์ตรวจจับควันสามารถใช้ตรวจจับควันและไฟได้

•โฟโต้ไดโอดและไฟ LED ถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างตัวแยกแสงและตัวเชื่อมต่อออปติคัล

•ใช้เป็นแผงโซล่าเซลล์ในแผงโซล่าเซลล์

•ใช้สำหรับเครื่องสแกนบาร์โค้ด จดจำตัวอักษร

•สำหรับระบบตรวจจับสิ่งกีดขวาง

•สามารถใช้เป็นการแสดงหน้าและตัวนับหน้าในเครื่องพิมพ์

•สำหรับการตรวจจับความใกล้ชิด oximeter

นอกจากนี้ยังใช้สำหรับตัวเข้ารหัสและตัวถอดรหัสแบบออปติคัล

•การส่งข้อมูลด้วยแสง ขึ้นอยู่กับการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

•เซ็นเซอร์ตำแหน่ง

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด