หลักการทำงานของโฟโตไดโอด

โฟโตไดโอดเป็นอุปกรณ์สำคัญที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ตั้งแต่การสื่อสาร การสร้างภาพ ไปจนถึงเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ การประยุกต์ใช้โฟโตไดโอดมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง นำความก้าวหน้าทางการปฏิวัติมาสู่เทคโนโลยีสมัยใหม่
หลักการทำงานของโฟโตไดโอดนั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและหลักการแยก PN เป็นหลัก เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกหมายถึงปรากฏการณ์ที่เมื่อแสงถูกฉายรังสีไปยังสารบางชนิด อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในสารเหล่านี้จะดูดซับพลังงานของโฟตอน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนภาพและการก่อตัวของคู่รูอิเล็กตรอน ในโฟโตไดโอด เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคนี้เกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อ PN
จุดเชื่อมต่อ PN เป็นโครงสร้างหลักของโฟโตไดโอด ซึ่งประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P- และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N- ที่ทางแยก PN เนื่องจากการแพร่กระจายของรูจากเซมิคอนดักเตอร์ประเภท P- ไปยังเซมิคอนดักเตอร์ประเภท N- และอิเล็กตรอนจากเซมิคอนดักเตอร์ประเภท N- ไปยังเซมิคอนดักเตอร์ประเภท P- จึงทำให้เกิด-สนามไฟฟ้าในตัว ทิศทางของสนามไฟฟ้า-ที่สร้างขึ้นนี้ชี้จาก N ถึง P เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของรูและอิเล็กตรอนเพิ่มเติม จึงสร้างชั้นการพร่องบางมากที่ส่วนต่อประสาน PN
เมื่อแสงถูกฉายรังสีไปยังรอยต่อ PN ของโฟโตไดโอด โฟตอนจะถูกดูดซับโดยอะตอมหรือโมเลกุลในชั้นพร่อง ทำให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนจากแถบเวเลนซ์ไปเป็นแถบการนำไฟฟ้า ทำให้เกิดคู่รูอิเล็กตรอน ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าในตัว- อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณ N และรูจะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณ P ซึ่งทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากภาพถ่ายที่ทั้งสองด้านของจุดเชื่อมต่อ PN ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากภาพถ่ายนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสงที่ตกกระทบ
ในระหว่างการทำงานของโฟโตไดโอด โดยปกติจะต้องใช้แรงดันไบแอสแบบย้อนกลับกับโฟโตไดโอด เนื่องจากแรงดันไบอัสย้อนกลับสามารถเพิ่มผลกระทบของ-สนามไฟฟ้าในตัวได้ ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากภาพถ่ายชัดเจนยิ่งขึ้น ในเวลาเดียวกัน แรงดันไบแอสย้อนกลับยังสามารถระงับกระแสมืด (เช่น กระแสอ่อนที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีแสง) ปรับปรุงความไวและอัตราส่วนสัญญาณ-ต่อ-สัญญาณรบกวนของโฟโตไดโอด