Definizione: un dispositivo a semiconduttore che rileva la luce con una struttura p-n o p-i-n. I fotodiodi sono spesso usati come fotorivelatori. Tali dispositivi contengono una giunzione p-n e di solito hanno uno strato intrinseco tra gli strati n e p. Vengono chiamati dispositivi con livelli intrinseciFotodiodi di tipo PIN. Lo strato di esaurimento o lo strato intrinseco assorbe la luce e genera coppie elettrone-lacuna, che contribuiscono alla fotocorrente. In un ampio intervallo di potenza, la fotocorrente è strettamente proporzionale all'intensità della luce assorbita. Modalità operativa I fotodiodi possono funzionare in due diverse modalità: Modalità fotovoltaica: simile a una cella solare, la tensione prodotta da afotodiodoirradiata dalla luce può essere misurata. Tuttavia, la relazione tra tensione e potenza ottica non è lineare e la gamma dinamica è relativamente piccola. E non può nemmeno raggiungere velocità massime. Modalità fotoconduttiva: a questo punto viene applicata una tensione inversa al diodo (ovvero, il diodo non è conduttivo a questa tensione in assenza di luce incidente) e viene misurata la fotocorrente risultante. (È sufficiente mantenere la tensione vicino a 0.) La dipendenza della fotocorrente dalla potenza ottica è molto lineare e la sua grandezza è di sei ordini di grandezza o più maggiore della potenza ottica, ad esempio per un silicio p-i-n con un area attiva di diversi mm2 Per i fotodiodi, quest'ultima va da pochi nanowatt a decine di milliwatt. L'entità della tensione inversa non ha quasi alcun effetto sulla fotocorrente e ha un effetto debole sulla corrente oscura (in assenza di luce), ma maggiore è la tensione, più rapida è la risposta e più veloce è il riscaldamento del dispositivo. Gli amplificatori comuni (chiamati anche amplificatori a transimpedenza) sono spesso usati per la preamplificazione dei fotodiodi. Questo amplificatore mantiene la tensione costante (ad esempio, vicino a 0, o qualche numero negativo regolabile) in modo che il fotodiodo funzioni in modalità fotoconduttiva. E gli amplificatori di corrente generalmente hanno buone proprietà di rumore e la sensibilità e la larghezza di banda dell'amplificatore possono essere bilanciate meglio di un semplice loop costituito da un resistore e un amplificatore di tensione. Alcune configurazioni di amplificatori commerciali utilizzano molte impostazioni di sensibilità diverse per rendere la potenza di misurazione molto flessibile in laboratorio, in modo da poter ottenere un'ampia gamma dinamica, basso rumore, alcuni hanno display integrati, tensione di polarizzazione regolabile e offset del segnale, possono essere filtri sintonizzati , eccetera. Materiale semiconduttore: Tipici materiali per fotodiodo sono: Silicio (Si): piccola corrente oscura, alta velocità, alta sensibilità nell'intervallo 400-1000 nm (la più alta nell'intervallo 800-900 nm). Germanio (Ge): alta corrente di buio, bassa velocità a causa della grande capacità parassita, alta sensibilità nell'intervallo di 900-1600 nm (la più alta nell'intervallo di 1400-1500 nm). Indium Gallium Arsenide Phosphorus (InGaAsP): costoso, bassa corrente di buio, veloce, alta sensibilità nell'intervallo 1000-1350 nm (il più alto nell'intervallo 1100-1300 nm). Arseniuro di indio e gallio (InGaAs): costoso, basso dark current, veloce, alta sensibilità nell'intervallo 900-1700 nm (massimo nell'intervallo 1300-1600 nm) L'intervallo di lunghezze d'onda sopra descritto può essere notevolmente superato se si utilizza un modello con una risposta spettrale più ampia. proprietà chiave: Le proprietà più importanti difotodiodiSono: La reattività, che è la fotocorrente divisa per la potenza ottica, è correlata all'efficienza quantistica e dipende dalla lunghezza d'onda Area attiva, cioè area fotosensibile. Corrente massima consentita (solitamente limitata dagli effetti di saturazione). Dark current (esiste in modalità fotoconduttiva, molto importante per rilevare intensità di luce molto basse). La velocità, o larghezza di banda, è correlata ai tempi di salita e discesa ed è influenzata dalla permittività.
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