공학 자료등록 포토다이오드, 포토 트랜지스터에 대해서 등록

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공학 자료등록 포토다이오드, 포토 트랜지스터에 대해서

[공학] 포토다이오드, 포토 트랜지스터에 대해서

1. photo다이오드-TR
2. 정의 : 포토 다이오드 · 트렌지스터는 pn접합부에 빛이 입사하면 전자·전공쌍을 생성해 전류를 발생시키는 광기전력효과를 이용한 광전변환소자이다. 그 전류를 트렌지스터를 이용하여 증폭한 것을 포토트렌지스터라 부르며 반응속도는 느리나 빛에 더 민감한 특성을 가지고 있다. 하지만 포토트랜지스터도 광도전효과를 이용한 광센서보다 광기전력효과를 이용한 광센서가 빛에 대한 반응과 감도가 더 좋다는 장점을 가지고 있어 고속으로 반응해야하는 스위치나 변조기와 같은 소자로 쓰이고 있다.




포토다이오드 기호
포토트랜지스터기호

2. 센서의 원리
광도전효과를 이용해 저항의 크기가 변하는 CdS셀과 달리 포토다이오드·트랜지스터는 빛이 pn접합부근에 생긴 공핍층에서 전자전공쌍이 발생하여 전공은 p영역으로, 전자는 n영역으로 이동하여 전위가 발생하게 되어 전압차의 발생으로 인해 전류가 발생하게 되는 것이다. 이런 현상을 광기전력효과라고 한다. 따라서 포토트랜지스터는 포토다이오드와 달리 1가지 과정을 더치게 되는데 이 과정은 다른 일반적인 트랜지스터의 동작원리와 동일하다. 따라서 포토다이오드보다 더 큰 광전류가 흐르게 된다. 하지만 이 과정으로 인해 반응이 포토다이오드보다 느려진다는 단점이 생기게 된다.

pn 접합에 빛이 조사되면, n영역, p영역, 공핍층에서 전자­정공 쌍 (pair)이 발생한다.
공핍층에서 발생된 전자는 n영역으로, 정공은 p영역으로 내부 전계에 의해서 가속된다
n영역에서 발생된 전자는 전도대에 머무르고, 정공은 공핍층까지 확산한 다음 그곳에서 전계에 의해 가속되어 p영역으로 흘러 들어 간다.
p영역에서 발생된 정공은 가전자대에 머무르고, 전자는 공핍층을 통과해 n영역으로 흘러 들어 간다.
전자는 n영역의 전도대에, 정공은 p영역의 가전자대에 축적되고, 이로 인해 p영역이 정(+), n영역이 부(-)인 전위가 형성되어 광기전력으로 출력된다.

3. 센서의 종류 및 특징
구조에 따른 종류
애벌런시형 : 접합 파괴 전압 부근에서 동작하는 역방향으로 바이어스된 포토다이오드. pn 접합에 입사한 빛에 의하여 발생한 전자와 정공이 공핍층내의 강한 전계에 의하여 애벌란시 증배되어 큰 광전류가 생긴다. 광증배계수는 증배된 광전류와 애벌란시가 발생하지 않은 경우의, 즉 파괴전압 이하의 바이어스 하에 있어서의 광전류와의 비로 정의된다



pin 접합형 : PIN 포토다이오드는 PN 포토다이오드의 접합면에 고저항층의 진성(intrinsic) 반도체를 삽입한 형태의 포토다이오드로, 아래 그림은 그 구조의 모식도이다. 일반적으로 사용할 때는 역바이어스 전압을 인가한다. 입사광은 L층에서 전자와 정공을 생성하여 전자는 N층으로 이동하고, 정공은 P층으로 이동하여 전류로 출력된다



이 외에도 쇼트키 장벽형, 헤테로 접합형, 점접촉형으로 분류된다

특징
(2) 특징
① 현재 가장 많이 사용되는 수광 소자로서 일반적으로 500～1100nm의 파장영역에서 사용할 수 있고, 특히 800nm 부근에서 최대 감도를 갖고 있다.
② 포토 다이오드에 비해 출력되는 광 전류가 크고 신호는 동일 칩 내에서 증폭되고 있으므로 전기적 노이즈도 적고 큰 S/N비를 얻을 수 있다. 그러나 온도가 높아질수록 S/N비가 저하되므로 온도 보상회로가 필요하다.
③ 고속 응답 특성이 있다.
④ 소형으로 할 수 있다.
⑤ 전류 증폭률이 크다.(포토트랜지스터)
⑥ 기계적으로 강하다.(진동충격에 강하다)
⑦ 염가, 암전류가 적다.(입사광에 대한 직선성이 좋다).

(3)단점 및 적용
신호는 포토 다이오드와 동일 칩 안에서 증폭되고 있기 때문에 전기 노이즈가 실리기 어렵고, 출력으로서 큰 값을 얻을 수 있지만 한편 출력의 직진성에서는 포토다이오드보다 뒤떨어진다. 그리고 포화 전압이 높은 결점이 있다. 이러한 포토 트랜지스터는 광 스위치, 단거리 광통신기, 마트 판별기 등에 이용되고 있다. 현재 이용되는 것은 발광 다이오드와의 조합에 의한 용도가 가장 빈번하며 향후 직진성의 개선과 응답속도 및 변환 효율의 개선 등이 실현되면 아날로그 동작으로의 응용이 확산되리라고 본다.
4. 응용분야
포토다이오드·트랜지스터는 빠른 동작으로 인해 세밀한 동작이 필요로 하는 광학장치에 주로 사용된다. 예를 들어 cd플레이어와 같이 레이저를 발사해 다시 그 파장을 분석하는 동작을 1초에 수차례동작 해야 하는 경우나 바코드리더기와 같이 비접촉식으로 인식하는 경우에 자주 사용되어지며 측정의 정밀도가 높아 주로 광통신에도 상당히 자주 쓰인다. 특히 TV리모콘에 들어가는 대부분의 적외선센서가 포토다이오드·트랜지스터로 되어있다. 특히 빛의 명암을 구분하는데 다른 광센서에 비해 상당히 우수한 특성을 가지고 있어 조도측정기나 빛을 이용한 먼지밀도측정기에도 쓰일만큼 여러분야에 쓰이는 센서이다

5. 예상실험결과 등..)
포토다이오드·트랜지스터는 빛이 입사하면 광전류가 흐르는 광기전력소자이다. 대부분의 포토트랜지스터는 datasheet에서 보통 전류단위로 mA에를 쓰지만 포토다이오드는 uA로 포토트랜지스터에 비해 100~1000배정도 작다. 그러나 포토다이오드·트랜지스터 두가지 종류모두 출력전류가 직선형을 띄고 있어 그래프에 표시하는 단위길이당 단위의 차이를 가질 뿐 그래프의 기울기는 거의 동일한 값을 가질 것으로 예상된다.


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11048422&sid=sanghyun7776&key=



[문서정보]

문서분량 : 3 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 공학 자료등록 포토다이오드, 포토 트랜지스터에 대해서
파일이름 : [공학] 포토다이오드, 포토 트랜지스터에 대해서.hwp
키워드 : 공학,포토다이오드,포토,트랜지스터,대해서,자료등록,트랜지스터에
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