센서이야기2-5. 포토다이오드

5). 포토다이오드란

포토다이오드는 광에너지를 전기 에너지로 변환하는 광센서의 일종이며 그 구성은 반도체의 P-N 정크션(접합부)에 광검출 기능을 추가한 것입니다.  일반적으로 빛과 물질 사이에는 물리적 상호 작용이 있으며 물질이 광자(광에너지)를 흡수하고 그 결과 전자를 방출하는 현상을 광전 효과라 부르고 있습니다. 또 광전 효과의 결과 반도체의 접합부에 전압이 나타나는 현상을 광기전력 효과라 부르고 있습니다. 또한 광기전력 효과는 이 밖에 금속 전극과 반도체 사이, 전극과 전해질 사이에서도 볼 수 있습니다. ▶ 포토다이오드 그림 1은 포토다이오드의 동작 원리를 설명하기 위한 모델도 이며 P-N 정크션에 광에너지가 조사되고 있는 모습을 나타내 고 있습니다. 그림 2는 그 회로 기호를 나타낸 것입니다. N형 반도체가 캐소드 즉 플러스 출력을, N형 반도체가 캐소드 즉 마이너스 출력을 각각 나타내고 있습니다. 그림 3은 포토다이오드의 내부 구조를 나타낸 것으로 입사광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 모습을 나타내고 있습니다. 그림 4는 P-N 정크션의 상태를 나타낸 모델도 입니다. 여기 에서는 광자가 결정 내의 전자를 들뜨게 하여 광기전력이 나타나는 모습을 보여주고 있습니다. 일반적으로 입사광 에너지가 밴드갭 에너지(Eg)보다 크면 전자는 도전 대에 끌어올려져 원래의 가전자대에 정공(홀)을 남깁니다. 또 이 현상은 소자내의 P층, 공핍층, N층의 어느 곳에서도 발생하고 공핍층 속에서는 전기장의 작용에 의해 저자는 N층으로, 발생한 전기 에너지의 전자는 P층에서 이동하여 온 전자와 함께 N층 도전대에 집결합니다. 즉 포토다이오드 내에서는 입사광에 비례하여 P층에서는 플러스로, N층에서는 마이너스로 대전하여 일종의 발전기를 구성하는 것입니다.

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