چه عواملی بر خطی بودن فتودیود پیژیتیال تأثیر می گذارد؟

سلام! به‌عنوان تأمین‌کننده فتودیودهای پیژیتیال، اخیراً سؤالات زیادی در مورد اینکه چه عواملی بر خطی بودن این دستگاه‌ها تأثیر می‌گذارند، دریافت کرده‌ام. بنابراین، فکر کردم که بنشینم و یک پست وبلاگ بنویسم تا بینش خود را در مورد این موضوع به اشتراک بگذارم.

ابتدا اجازه دهید به سرعت به معنای خطی بودن در زمینه یک فتودیود پیژیتیال بپردازیم. خطی بودن به این اشاره دارد که چگونه خروجی فتودیود (معمولاً یک جریان یا ولتاژ الکتریکی) متناسب با شدت نور ورودی متفاوت است. در یک دنیای ایده آل، رابطه بین نور ورودی و سیگنال خروجی یک خط مستقیم خواهد بود. اما در واقعیت، عوامل متعددی وجود دارد که می تواند باعث انحراف از این رفتار خطی ایده آل شود.

1. مواد فتودیود

مواد مورد استفاده برای ساخت فتودیود نقش بزرگی در خطی بودن آن دارد. مواد نیمه هادی مختلف ویژگی های جذب و مکانیسم های تولید حامل متفاوتی دارند. به عنوان مثال، فتودیودهای سیلیکونی (Si) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا آنها خطی خوبی را در طیف وسیعی از طول موج ها، معمولاً از ناحیه مرئی تا ناحیه مادون قرمز نزدیک ارائه می دهند. آنها ساختار نواری نسبتاً ساده ای دارند که امکان تولید قابل پیش بینی تر جفت الکترون - حفره را در پاسخ به نور فرودی فراهم می کند.

از سوی دیگر، موادی مانند ژرمانیوم (Ge) دارای شکاف باند باریک تری هستند. در حالی که آنها می توانند طول موج های طولانی تری را تشخیص دهند، به دلیل احتمال بالاتر ترکیب مجدد حامل و وجود سطوح انرژی اضافی در شکاف باند، مستعد تأثیرات غیر خطی هستند. این غیر ایده آل ها می توانند باعث انحراف سیگنال خروجی از رابطه خطی با نور ورودی شوند.

2. شدت نور حادثه

شدت نور فرودی یکی دیگر از عوامل مهم است. در سطوح نور کم، اکثر فتودیودها تمایل دارند خطی بودن خوبی از خود نشان دهند. این به این دلیل است که تعداد فوتون هایی که به فتودیود برخورد می کنند نسبتاً کم است و حامل های تولید شده را می توان به طور موثر جمع آوری کرد و به سیگنال الکتریکی تبدیل کرد.

با این حال، با افزایش شدت نور، همه چیز کمی پیچیده تر می شود. در شدت های بالا، فتودیود می تواند اشباع شود. اشباع زمانی اتفاق می‌افتد که فتودیود حامل‌های زیادی تولید می‌کند که مکانیسم‌های داخلی دستگاه دیگر نمی‌توانند همه آنها را مدیریت کنند. به عنوان مثال، راندمان جمع آوری شارژ کاهش می یابد، یا ممکن است حامل ها قبل از جمع آوری شروع به ترکیب مجدد کنند. این منجر به افزایش غیر خطی سیگنال خروجی می شود که در آن خروجی دیگر متناسب با نور ورودی رشد نمی کند.

3. دما

دما می تواند تأثیر قابل توجهی بر خطی بودن یک فتودیود پیژیتیال داشته باشد. با افزایش دما، خواص مواد نیمه هادی تغییر می کند. فاصله باند نیمه هادی با افزایش دما کاهش می یابد که بر ضریب جذب و نرخ تولید حامل تأثیر می گذارد.

دماهای بالاتر نیز سرعت نوترکیبی حامل را افزایش می دهد. این بدان معنی است که برخی از حامل های تولید شده توسط نور فرودی قبل از اینکه بتوانند به سیگنال خروجی کمک کنند از بین می روند. در نتیجه، رابطه بین نور ورودی و سیگنال خروجی کمتر خطی می شود. علاوه بر این، تغییرات دما می تواند باعث ایجاد نویز حرارتی در فتودیود شود که می تواند سیگنال خروجی را بیشتر مخدوش کند.

4. ولتاژ بایاس

ولتاژ بایاس اعمال شده به فتودیود یک پارامتر مهم است. یک ولتاژ بایاس مناسب به اطمینان از جمع آوری کارآمد حامل و پاسخ خطی کمک می کند. هنگامی که یک بایاس معکوس به یک فتودیود اعمال می شود، یک میدان الکتریکی در منطقه تخلیه ایجاد می کند. این میدان الکتریکی به جدا کردن جفت‌های الکترون-حفره‌ای که توسط نور فرودی ایجاد می‌شوند، جدا می‌شوند و آنها را به سمت الکترودها می‌برد.

اگر ولتاژ بایاس خیلی کم باشد، میدان الکتریکی ممکن است به اندازه کافی قوی نباشد که تمام حامل ها را به طور موثر جمع کند. این می تواند منجر به تجمع حامل و رفتار غیر خطی شود. از طرف دیگر، اگر ولتاژ بایاس بیش از حد بالا باشد، می تواند باعث ایجاد اثرات خرابی در فتودیود شود، که رابطه خطی بین نور ورودی و سیگنال خروجی را نیز مختل می کند.

5. تداخل نوری و الکتریکی

در کاربردهایی که چندین فتودیود در مجاورت نزدیک استفاده می شود، تداخل نوری و الکتریکی می تواند بر خطی بودن تأثیر بگذارد. تداخل نوری زمانی رخ می دهد که نور در نظر گرفته شده برای یک فتودیود به فتودیودهای مجاور نشت کند. این می تواند باعث افزایش ناخواسته سیگنال خروجی دستگاه های همسایه شود که منجر به رفتار غیر خطی می شود.

از سوی دیگر، تداخل الکتریکی ناشی از جفت شدن سیگنال های الکتریکی بین فتودیودهای مختلف یا بین فوتودیود و سایر اجزای مدار است. این می تواند نویز و اعوجاج را به سیگنال خروجی وارد کند و باعث انحراف آن از یک پاسخ خطی شود.

محدوده محصولات ما

در شرکت ما، اهمیت خطی بودن در فتودیودهای پیژیتیال را درک می کنیم. به همین دلیل است که ما طیف گسترده ای از محصولات با کیفیت بالا را ارائه می دهیم که برای به حداقل رساندن اثرات این عوامل طراحی شده اند. مثلا ما155M 2.5G APD - TIA Photodiodeبه دقت مهندسی شده است تا خطی بودن عالی را در طیف وسیعی از شدت نور ارائه دهد. از مواد نیمه هادی پیشرفته و شرایط بایاس بهینه برای اطمینان از پاسخ خطی و قابل اعتماد استفاده می کند.

مامینی فوتودیود Pigtailedیک گزینه عالی دیگر است این به گونه ای طراحی شده است که جمع و جور باشد و به راحتی در سیستم های مختلف ادغام شود. با وجود اندازه کوچکش، به لطف ساختار داخلی خوب طراحی شده و مواد با کیفیت بالا، خطی بودن خوبی را ارائه می دهد.

و اگر به دنبال فتودیود با الزامات عملکردی خاص در محدوده سرعت متوسط ​​هستید، ماپین 155M 1.25G - TIA Photodiodeیک انتخاب درجه یک است. این یک پاسخ خطی در طیف گسترده ای از طول موج ها و شدت نور ارائه می دهد.

برای تهیه با ما تماس بگیرید

اگر به دنبال فتودیودهای پیژیتیال با کیفیت بالا با خطی بودن عالی هستید، خوشحال می‌شویم نظر شما را بشنویم. چه در حال کار بر روی یک پروژه تحقیقاتی، یک برنامه کاربردی مخابراتی، یا هر زمینه دیگری که نیاز به تشخیص عکس قابل اعتماد دارد، محصولات ما می توانند نیازهای شما را برآورده کنند. برای شروع بحث خرید با ما تماس بگیرید و بیایید راه حل مناسب فوتودیود را برای شما پیدا کنیم.

مراجع

• Sze، SM، و Ng، KK (2007). فیزیک دستگاه های نیمه هادی. وایلی.
• صالح، BEA، و Teich، MC (2007). مبانی فوتونیک. وایلی.