Photodiode, Photo Diode   포토 다이오드, 광 다이오드, 반도체 광다이오드

1. 반도체 광 다이오드 (광 → 전기)

  ㅇ 광 신호를 전기 신호로 변환하는 반도체 다이오드
     - 수광소자(광검출기)의 대표적인 例임  ↔  발광소자(LED, LD) 


2. 반도체 광 다이오드의 구조 및 회로구성

  ㅇ 기본 구조  :  역 바이어스 상태 하에 동작하는 pn 접합 반도체 소자
  ㅇ 출력 신호  :  광에 의해 생성되는 전류 (광 전류)
  ㅇ 회로 특징  :  통상, 미약한 광 전류 증폭을 위해, 증폭 회로와 함께 사용

     


3. 반도체 광 다이오드의 동작원리

  ㅇ 기본적으로, 입사하는 빛에 따라 출력 전류를 변화시키는 동작을 함

  ㅇ 광전 변환 작용
     - 역 바이어스된 pn 접합부가 광에 노출될때, 역 전류(광 전류)가 증가됨
        . 공핍층 내에서 생성된 전자-정공 캐리어들은,
        . 인가 전기장(역 바이어스)에 따라, 서로 나뉘어 이동한 후에, 도선을 통해 전류를 생성함
     - 이때, 광 전류는 역 바이어스 전압에 의존하지 않고 빛의 양에 만 의존함
     - 결과적으로, 광-전 변환이 이루어짐

  ㅇ 조건  :  밴드갭 에너지 이상에서 만 광 흡수
     - 만일 입사 빛의 광자(光子) 에너지가 반도체의 밴드갭(band gap) 에너지 보다 크면,
     - 반도체에서는 광 흡수가 일어나며, 전자 정공 쌍(electron-hole pair)이 만들어짐

      


4. 반도체 광 다이오드의 동작 특성

  ㅇ 광 존재 여부에 따라 동작이 달라짐
     - 광이 입사하지 않을 때 :
        . 일반적인 다이오드 특성과 같음
     - 광이 입사할 때 :
        . 역방향 전류가 입사 광량에 비례하여 흐르게됨.
        . 한편, 수광소자에 입사광이 없을 때도 흐르는 전류를 암전류(Dark Current)라고함

  ㅇ 온도 민감성  :  매 5 또는 10℃ 마다 2배씩 증가

  ㅇ 파장 의존성  :  파장에 따라 응답특성이 달라짐   ☞ 응답도 참조
     - 특정 파장에서 가장 좋은 응답도(Responsivity)를 보임
     - 다양한 파장대 응답 특성은 소재 선택에 따라 달라짐


5. 반도체 광 다이오드의 종류

  ㅇ p-n 접합 포토 다이오드       :  (효율이 낮아 거의 실용화되지 않음)

  ㅇ p-i-n 포토 다이오드 (PIN-PD) :  안정적, 저가, 응답도 낮음 

  ㅇ Avalanch 포토 다이오드 (APD) :  증폭 기능 내재, 고속 장거리용, 고가, 응답도 좋음