REFERAT-MenüDeutschGeographieGeschichteChemieBiographienElektronik
  EnglischEpochenFranzösischBiologieInformatikItalienisch
  KunstLateinLiteraturMathematikMusikPhilosophie
 PhysikPolitikPsychologieRechtSonstigeSpanisch
 SportTechnikWirtschaftWirtschaftskunde  

Photowiderstand und Photodiode




Photowiderstand und Photodiode

1. Halbleiter allgemein:

              Leiter: Metalle + Metallegierungen ( sehr gute Leiteigenschaften)

         Nichtleiter: Isolatoren (z.B. Porzellan, Kunstoffe), Leitfähigkeit = 0



          Halbleiter: Eigenschaften zwischen den beiden obigen (Silizium,Germ.)

  bei Halbleitern ist der Widerstand durch äußere Umstände (Wärme + Licht) bed.

 Aufbau:  Germanium + Silizium haben 4 Außenelektronen (Valenzelektronen)

          Elektronenpaare => vollkommene Elektronenbindung, Härte        

          festes Gitter, nur durch durch äußere Energiezufuhr aufbrechbar

          => eigentlich ein Isolator

 Eigenleitung: trifft allerdings nur auf absoluten Nullpunkt -273oC zu

               bei höheren Temperaturen bricht die Kristallstruktur auf  

               (Diode mit Fön erhitzen, Widerstand fällt von 1-2M meßbar ab)

               bereits bei 20oC leitbar: kleine Temperaturenerhöhungen verbes                                         sern die Leitfähigkeit erheblich

               => Eigenleitung

               Wärme auch durch Eigenwärme bei Stromfluß

 Halbleiter in reiner Form nutzlos, da zu extrem

 Dotieren oder Dopen: Beimengen von Stoffen mit 1 Valenzelektron mehr oder weniger (3, 5)

                      in Reinsträumen: chemische und physikalische Verfahren

                                       auf 1012 ein Fremdatom, Leitfähigkeit

     1. N-Leiter: z.B. Dotierung mit Phosphor (5) und Silizium (4)

                  jedes fünfte Valenz-Elektron von Phosphor ist frei     

                  nicht in Gitter eingebunden, für Leitung frei => Störstelle

                  Elektronen frei beweglich => N-Leiter    nicht geladen

                  bei Spannung: Elektronen von Minus nach Plus

     2. P-Leiter: z.B. mit Aluminium (3) und Silizium (4)                

                  Elektronenpaarbindungen, bei jeder 4. fehlt ein Elektron

                  Defektelektron, Loch, Störstelle

                  Elektron fehlt => P-Leiter               nicht geladen

                  Löcher haben Wirkung wie positive Ladung (obwohl Ladungslos)

                                                                         

                  in festen Stoffen können nur Elektronenwandern, keine Rümpfe

                  springen Elektronen, wandert Loch scheinbar in andere Richtung

                  => üblich: Löcher als positive Ladung anzusehen

                  bei Spannung: Löcher von Plus nach Minus

Energiezufuhr auch durch Licht möglich (innere Photoeffekt)

0,7 bis 1,12 eV für Elektron aus Ge oder Si aus Valenzband ind Leitungsband

Photon auf Halbleiter => Elektron und Loch entsteht (Paar)

Photowiderstand (LDR)

  Light Depending Resistor              !

  brauchbare Halbleiterstoffe: Cadmiumsulfid (CdS), Cadmiumselenid (CdSe), Blei                               sulfid (PbS)

  Photowiderstand: Mäanderförmige Schicht in Glaskolben eingeschmolzen

  Aufbau: Beleuchtungsfläche einige cm2 (0,02-1,5)              

  Eigenschaften: - hoher Dunkelwiderstand, hochohmig, kaum meßbarer Strom

                 - bei zunehmender Beleuchtung sinkt Widerstand auf 1/1000 ab

                                                Diagramm -geringe Beleuchtung

                                                         setzen W sehr ab

                                                           etwa proportional

               - höchste Empfindlichkeit für rotes und infrarotes Licht

               - passives Bauelement => grundsätzlich Stromquelle (Photoelement)

               - relativ träge, Wechselvorgänge max. 100 bis 1000Hz (3kHz)

               - hoch belastbar, direkte Ansteuerung von Relais ohne Verstärker

               - Verlustleistung 1,05 bis 1,2 Watt

               - Geringe Temperaturabhängigkeit

  Einsatz: - Lichtschranke (Einbruchsicherung, infrarot, Rolltreppe, Türöffner)

           - Fotoapparat (automatischer Belichtungsmesser)

Photodiode

   Diode allgemein: PN-Übergang (Verarmungszone)

                                              - Mitte: Ladungsausgleich,




                                                       Rekombinierung, Diffusion

                                                  => isolierte Schicht,

                                                     keine freien Elektronen

                 Schwellen-, Diffusionsspannung: P-Schicht negativ,

                                                 N-Schicht positiv geladen

                             - zieht Elektronen wieder zurück => Gleichgewicht

                             - innere Spannung von außen nicht nachweisbar

                             - Höhe materialabhängig: Ge 0,25;Si 0,7; Se 0,6

            Plus an P-Schicht und Minus an N-Schicht:

              - Elektronen aus N-Schicht werden über Übergang gedrückt

                (erst Diff.-Spannung überwinden!) => Stromndurchlässig

                 Schleußenspannung

            Minus an P-Schicht und Plus an N-Schicht:

              - Elektronen aus N werden vom Pluspol eingesaugt

                Löcher in P von Minus besetzt => keine freien Ladungsträger

                => Diode sperrt, Isolator

              - bei sehr starker Spannung: Durchschlag => Zerstörung der Diode

              - winziger Sperrstrom 1nA durch Minoritätsträger,

                 normalerweise vernachlässigbar

   Photodiode:

     Funktion: - fällt Licht auf PN-Schicht werden Elektronen freigesetzt

                 (innerer Photoeffekt)

                 Sperrschicht wird abgebaut, Kristall müßte elektr. neutral sein

                  Zuleitungen N-Leiter => UMn und UMp, bei UMp > UMn Diff. zu P

                  unbeleuchtet, keine Spannung => UMp + UMn + Upn = 0

                  bei Licht, Auflösung von PN  => UMp + UMn + Upn` = UF

                                                  Upn'<upn uf max. upn

kurzschluß: außen von p zu n innen von n zu p grenzfrequenz:

höhere frequenz> geringere Eindringtiefe

                                 hohe Absorbtion , hohe Rekombination

               - Widerstand sinkt bei Beleuchtung um ein vielfaches

               - Stromstärke fast unabhängig von angelegter Spannung

                 zu erst Anstieg, dann Grenzwert

               - Stromstärke steigt fast linear mit Beleuchtungsstärke Diagram

     Material: - dotiertes Germanium oder Silber

               - Halbleiterschicht so dann, daß von Licht durchsetzbar  

               - meist in lichtundurchlässigen Gehäusen mit kleiner Öffnung

                 (oft mit noch mit Glaslinse zu Bündelung)

               - lichtempfindliche Schicht etwa 1mm2

     Betrieb:  - Anschluß im Unterschied zum Widerstand, richtungsabhängig

               - Betrieb: stets in Sperrichtung, sonst sowieso leitend

     Eigenschaften: - geringer Dunkelstrom, hochohmig

                    - geringere Strombelastung gegenüber Widerstand

                     => keine direkte Ansteuerung von Relais, Verstärker nötig

                    - geringe Verlustleistung 20 bis 100mWatt, wenig belastbar

                      (bis 100 mikro-Ampere)

                    - erkennbare Wechselvorgänge bis 100kHz => Datenübertragung

                    - größte spektrale Empfindlichkeit im Infra-Rot-Bereich

                    - Si- im sichtbaren empfindlicher als Ge-Dioden

                    - aktives Bauelement

                    - Temperaturabhängigkeit sehr gering

                    - sehr kleine Bauweise (>1mm Durchmesser) => Mikroelektronik

                    - auch als Photoelement verwendbar;

                      mit zunehmender Beleuchtung, zunehmende Spannung

                      (bei 100 Lux 100 bis 400 mV) Anwendung im Phototransistor

Schaltzeichen

      Anwendung: - Abtasten von Filmstreifen (Tonspur)

                 - früher Abtasten von Lochstreifen

                 - codierte Briefverteilung (Barcodes, CD-Player)

                 - in Verbindung mit LED: Lichtschranken, Optokoppler

                 - Infrarot Fernbedienung

                 - Lichtmessung

                 - großflächige Siliziumfotodioden als Solarzellen (10%)










Haupt | Fügen Sie Referat | Kontakt | Impressum | Datenschutz







Neu artikel