Điốt Quang Là Gì? Tìm Hiểu Về Điốt Quang Là Gì?

 

1 - Điốt quang là gì?

"Điốt quang" hay "Photodiode" là "một loại điốt bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện". Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X, tia gamma. Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp giáp p-n hoặc cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điện tích làm phát sinh dòng điện. Tùy theo cách thức chế tạo, mà dòng điện này nhỏ và photodiode dùng làm cảm biến photon, hay dòng điện đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời.

Cảm biến photodiode có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là các thiết bị đo đạc, giám sát, truyền dẫn thông tin, điều khiển. Chúng được chế tạo từ dạng đơn lẻ để cảm biến trạng thái nào đó như giấy trong khay của máy in còn hết, đến dạng tích hợp mảng lớn (Array) như cảm biến ảnh với hàng triệu phần tử như cảm biến CCD.
 

 

Hình 1: Diốt quang là loại điốt bán dẫn
 

1.1 - Nguyên lý hoạt động điốt quang là gì?

Photodiode được làm bằng một số chất bán dẫn, và vùng phổ ánh sáng làm việc. Phạm vi của ánh sáng nhìn thấy là từ 380 nm đến 780 nm. Photodiode có cấu trúc lớp hoạt động là tiếp giáp p-n, loại mới hơn thì là cấu trúc PIN. Khi photon có năng lượng đủ lớn xâm nhập lớp hoạt động này sẽ bị hấp thụ, và theo hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử-lỗ trống. 

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế các linh kiện không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi. Các che chắn không phải là tuyệt hoàn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi vào vùng nhiễu cao, chẳng hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ trụ.
 

 

Hình 2: Điốt quang ứng dụng trong sản xuất đèn chiếu sáng

 

1.2 - Các đặc trưng hoạt động điốt quang là gì?

• Hiệu suất: Là tỷ số công suất dòng quang điện tạo ra với quang thông, biểu diễn A/W. Đáp tuyến phổ chi tiết thì phản ánh ở hiệu suất lượng tử của photodiode cho từng bước sóng photon, và nó không đồng đều. Chất liệu và công nghệ cho ra các vùng phổ làm việc của photodiode khác nhau.

• Dòng tối: Là dòng dò của điốt nói chung, vận dụng vào photodiode là dòng điện khi không có ánh sáng chiếu vào.

• Đáp ứng thời gian: Phản ánh mức độ dòng quang điện bắt kịp thay đổi quang thông, và có thể xác định theo quy tắc Ramo.

1.3 - Các chế độ hoạt động điốt quang là gì?

• Chế độ quang điện: Photodiode quang điện làm việc không đặt thiên áp, dòng quang điện được ánh sáng tạo ra và có thể dùng làm nguồn cấp điện. Các pin mặt trời hoạt động ở chế độ này.

• Chế độ quang dẫn: Photodiode quang dẫn làm việc có đặt thiên áp ngược. Thiên áp ngược làm mở rộng vùng nghèo, tăng dòng dò, tăng tiếng ồn và giảm điện dung tiếp giáp, nhưng không tác động đến dòng quang điện. 

• Chế độ tuyết lở: Làm việc với thiên áp ngược đủ lớn, dẫn đến khi photon tạo cặp điện tử-lỗ trống xảy ra thì sự tăng tốc do điện trường đủ mạnh sẽ kích thích vụ tạo cặp khác theo dạng sự cố sạt lở tuyết. Nó làm tăng độ khuếch đại và đặc trưng đáp ứng với sự kiện.

 

Hình 3: Điốt phát quang bước đột phá trong công nghệ ánh sáng

Kết Luận: "Điốt quang" hay "Photodiode" là "một loại điốt bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện". Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X, tia gamma. Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp giáp p-n hoặc cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điện tích làm phát sinh dòng điện. Tùy theo cách thức chế tạo, mà dòng điện này nhỏ và photodiode dùng làm cảm biến photon, hay dòng điện đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời.

Xem thêm chuyên mục: Blog Kiến Thức