BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ DIODE QUANG (PHOTO DIODE) Giảng viên hướng dẫn : Phạm Xuân Thành Lớp: Điện tử - K16 Nhóm thực hiện: Nhóm SVTH MSSV Lê Thị Minh Hạnh 2021603056 Đặng Trung Hiếu 2021603018 Nguyễn Đức Hiếu 2021602634 Nguyễn Đức Hiếu 2021602599 Hà Nam, ngày 18 tháng 03 năm 2022 : Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm MỤC LỤC Diode quang gì? 1.1_Khái niệm 1.2_Ký hiệu 1.3_Cấu tạo 2 Nguyên lý chế độ làm việc 2.1_Nguyên lý hoạt động 2.2_Chế độ làm việc 2.3_Các đặc trưng hoạt động Ứng dụng Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Khái niệm, ký hiệu 1.1_Khái niệm Điốt quang hay diode quang (Photodiode) một linh kiện bán dẫn biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện dựa trên hiệu ứng quang điện Hiểu cách đơn giản, thiết bị có mối nối P-N đặc biệt tạo dịng điện có ánh sáng chiếu vào gọi Điốt quang Nó cịn gọi tách sóng quang hay cảm biến quang Nên nhớ Điốt quang hoạt động chế độ phân cực ngược bạn Chiều ngược với chiều của Diode đó 1.2_Ký hiệu Trong mạch điện thì Điốt quang có ký hiệu tương tự Diode nhưng có thêm mũi tên chiếu vào, biểu thị ánh sáng chiếu vào Điốt quang 1.3_Cấu tạo Diode thu quang cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn khác loại (P – N) ghép với (Lớp bán dẫn loại P mỏng lớp bán dẫn loại N) cịn loại có cấu Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm trúc PIN Nó cấu thành từ số chất bán dẫn vùng phổ ánh sáng làm việc Phạm vi ánh sáng nhìn thấy từ 380 nm đến 780 nm Chất bán dẫn Ký hiệu hóa Vùng bước sóng (nm) Silicon Si 190–1100 Germani Ge 400–1700 Arsenua indi InAs 800–2600 Sulfide chì(II) PbS 1000–3500 Tellua cadmi-thuỷ ngân HgCdTe 400–14.000 Tellua cadmi CdTe 5000–20.000 Nguyên lý chế độ làm việc 2.1_Nguyên lý hoạt động Điốt quang hoạt động dựa trên Hiệu ứng quang điện Trong hiệu ứng quang điện, điện tử sau hấp thụ lượng từ photon ánh sáng Sau chúng làm nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích làm bắn electron Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Nguyên tắc hoạt động điốt quang cho mối nối P-N Điốt quang chiếu sáng dịng điện bắt đầu chạy qua Trong điốt quang, dịng điện ngược nhỏ chạy qua thiết bị gọi dòng điện ngược (dịng điện nghịch) Nó gọi dịng điện hồn tồn kết dòng chảy hạt tải điện thiểu số chảy thiết bị khơng tiếp xúc với xạ (Khơng có ánh sáng chiếu vào) Khi chưa chiếu sáng: Các electron có mặt phía P lỗ trống phía N hạt tải điện thiểu số Khi đặt điện áp phân cực ngược định hạt tải điện nhỏ nhất, lỗ trống từ phía N chịu lực đẩy từ điện dương pin (cực âm nguồn) Tương tự, electron diện phía P chịu lực đẩy từ âm pin (cực dương nguồn) Do chuyển động này, điện tử lỗ trống tái kết hợp chỗ nối, kết tạo vùng suy giảm chỗ nối (mối tiếp giáp P-N) Do chuyển động này, dòng điện ngược nhỏ chạy qua thiết bị gọi dòng điện nghịch Sự kết hợp điện tử lỗ trống đường giao tạo nguyên tử trung hịa chỗ cạn kiệt Do dịng nghịch nhỏ lại nhỏ thêm Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Nguyên lý làm việc Điốt quang chiếu sáng Khi chiếu sáng: Bây giờ, mối tiếp xúc P-N Điốt quang chiếu sáng ánh sáng Khi ánh sáng rơi bề mặt mối tiếp xúc nhiệt độ đường giao tăng lên Điều làm cho electron lỗ trống tách khỏi Khi hai electron tách electron từ phía N bị hút phía cực dương nguồn Tương tự, lỗ trống phía P bị thu hút cực âm nguồn Với gia tăng cường độ ánh sáng, nhiều hạt mang điện tạo chảy qua mạch điện Qua đó, sinh dịng điện lớn qua Điốt quang Dịng điện sau sử dụng để dẫn điện mạch khác hệ thống Vì vậy, nói cường độ lượng ánh sáng tỷ lệ thuận với dòng điện qua thiết bị 2.2_Chế độ làm việc Chế độ quang điện (Photovoltaic mode): Điốt quang làm việc có điện áp đặt lên đầu Dịng quang điện ánh sáng tạo dùng làm nguồn cấp điện Các pin lượng mặt trời thường trời hoạt động chế độ Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Chế độ quang dẫn (Photoconductive mode): Photodiode quang dẫn làm việc có đặt thiên áp ngược Khi điện ngược định đặt vào thiết bị thiết bị hoạt động thiết bị quang dẫn Ở đây, gia tăng chiều rộng vùng suy giảm (lớp tiếp xúc P-N) nhìn thấy với thay đổi tương ứng điện áp ngược Chế độ tuyết lở (Avalanche Diode Mode): Làm việc với thiên áp ngược đủ lớn, dẫn đến photon tạo cặp điện tử-lỗ trống xảy tăng tốc điện trường đủ mạnh Điều kích thích vụ tạo cặp khác theo dạng cố sạt lở tuyết Nó làm tăng độ khuếch đại khả đáp ứng mạch Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm 2.3_Các đặc trưng hoạt động Hiệu suất: Là tỷ số cơng suất dịng quang điện tạo với quang thông, biểu diễn A/W. Đáp tuyến phổ chi tiết phản ánh hiệu suất lượng tử photodiode cho bước sóng photon, khơng đồng Chất liệu và công nghệ cho vùng phổ làm việc photodiode khác Dòng tối: Là dòng dò điốt nói chung, vận dụng vào photodiode dịng điện khơng có ánh sáng chiếu vào Đáp ứng thời gian: Phản ánh mức độ dòng quang điện bắt kịp thay đổi quang thơng, xác định theo quy tắc Ramo Ứng dụng -Các ứng dụng điốt quang liên quan đến ứng dụng tương tự tách sóng quang thiết bị ghép điện tích, chất dẫn quang ống nhân quang -Ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện tử, đặc biệt thiết bị đo đạc, truyền dẫn thông tin, giám sát điều khiển… Vai trò chủ yếu chúng cảm biến trạng thái Ví dụ nhận biết giấy khay máy in hết, dùng làm pin mặt trời -Các điốt sử dụng thiết bị điện tử tiêu dùng máy dị khói, đầu đĩa compact, TV điều khiển từ xa VCR -Trong thiết bị tiêu dùng khác radio đồng hồ, đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh đèn đường, chất dẫn quang thường sử dụng điốt quang -Photodiode thường sử dụng để đo xác cường độ ánh sáng khoa học cơng nghiệp Nói chung, chúng có phản ứng nâng cao, tuyến tính so với chất dẫn quang -Photodiode sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng y tế dụng cụ để phân tích mẫu, máy dị để chụp cắt lớp vi tính sử dụng máy theo dõi khí máu -Các điốt nhanh phức tạp nhiều so với điốt tiếp giáp PN bình thường thường sử dụng để điều chỉnh ánh sáng truyền thông quang học Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Cảm biến ánh sáng Photodiode Pin Photodiode Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm ... dụng Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Khái niệm, ký hiệu 1.1_Khái niệm Điốt quang? ?hay diode quang (Photodiode) một? ?linh kiện bán dẫn biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện dựa trên hiệu... dụng để điều chỉnh ánh sáng truyền thông quang học Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm Cảm biến ánh sáng Photodiode Pin Photodiode Vật liệu linh kiện điện tử Nhóm ... độ quang điện (Photovoltaic mode): Điốt quang làm việc có điện áp đặt lên đầu Dịng quang điện ánh sáng tạo dùng làm nguồn cấp điện Các pin lượng mặt trời thường trời hoạt động chế độ Vật liệu linh