광다이오드 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:photodiode.jpg|right|thumbnail|75px|광다이오드]]
[[파일:Photodiode-closeup.jpg|섬네일|right|270px|광다이오드 확대]]

'''광다이오드'''({{lang|en|photodiode|포토다이오드}})란 [[광검출기]]같은 기능이 있는 [[반도체]] [[다이오드]]이다. 광다이오드는 소자의 민감한 부분에 빛이 들어오도록 창이나 [[광섬유]] 연결 패키지가 있다. 또한 창없이 [[자외선]]이나 [[엑스선]]을 검출하는 데도 사용된다.

'''광트랜지스터'''는 [[접합형 트랜지스터]]과 구성이 같고 [[빛]]이 베이스-컬렉터 [[PN 접합]]에 도달할 수 있도록 투명한 케이스에 넣어져 있다. 광트랜지스터는 광다이오드처럼 동작하지만, 빛에 더 민감하다. 왜냐하면 베이스-컬렉터 접합의 광자에 의하여 생성된 전자는 베이스에 주입되고, 이 전류는 트랜지스터 동작에 의하여 증폭되기 때문이다. 그러나 광트랜지스터는 광다이오드보다 반응속도가 느리다.

== 동작 원리 ==
광다이오드는 [[PN 접합]]이나 PIN 구조로 되어있다. 충분한 광자 에너지의 빛이 다이오드를 타격하면 이동전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전자가 활동한다. 만약 접합의 공핍층 ({{lang|en|depletion region}})에서 흡수작용을 하면, 이런 캐리어는 공핍층의 세워진 필드에 의하여 흘려보내어 광전류를 생성한다.

광다이오드는 0 [[바이어스]] (광기전 방식)나 [[PN 접합|역 바이어스]] (광전도 방식)에서 사용할 수 있다. 0 바이어스에서는 다이오드에 빛이 내려오면 소자를 교차하게 전개된 전압을 발생시키며, 순 바이어스 방향으로 전류를 흐르게 한다. 이것을 [[광기전력 효과]]라고 부르고, [[태양 전지]]에 사용되는 바이어스이다. - 사실, 태양전지는 싸고 많은수의 거대한 광다이오드일 뿐이다.

다이오드는 [[역 바이어스]]가 걸릴때 일반적으로 매우 높은 [[전기저항]]을 지니고있다. 이 저항은 접합부에 특정한 주파수의 빛이 비치면 감소된다. 그래서 역 바이어스 다이오드는 전류가 통과하는지 감시하여 탐지기로 사용할 수 있다. 이 효과 기반의 회로는 광기전력 효과 기반의 회로보다 빛에 더 민감하다.

'''[[전자사태 광다이오드]]'''는 비슷한 구조를 지녔지만, 더 높은 역 바이어스로 동작한다. 각각의 광캐리어가 광다이오드 내부 이득의 결과로 발생된 [[전자사태 항복]]({{lang|en|avalanche breakdown}})으로 증폭이 가능하며, 효과적으로 소자의 반응성을 향상시킨다.

=== 재료 ===
광다이오드를 만드는 데 사용되는 재료는 특징을 결정하는 데 중요하다. 왜냐하면 충분한 에너지가 있는 [[광자]]만이 중요한 광전류를 생성시키는 재료의 [[띠틈]]을 교차하여 [[전자]]를 활동시키기 때문이다.

상용화된 광다이오드에 일반적으로 사용되는 재료들:

{| class="wikitable"
! 재료 !! 파장 범위 (nm)
|- 
| [[규소]] || 190–1100
|- 
| [[저마늄]] || 800–1700
|- 
| [[인듐 갈륨 비소화물]]  || 800–2600
|- 
| [[납 황화합물]] || <1000-3500
|}

큰 띠틈 때문에 [[규소]] 기반의 광다이오드는 [[저마늄]] 기반의 광다이오드보다 낮은 잡음을 발생시키지만, 저마늄 광다이오드는 대략 1 µm보다 긴 파장에 항상 사용된다.

== 특징 ==
광다이오드의 중요한 기능 변수들은 다음과 같다.
* [[반응성]]: 급속한 빛세기로 생성된 광전류의 속도이다. 광전도 방식일 때는 일반적으로 [[암페어|A]]/[[와트|W]]로 표시한다. 반응성은 [[양자 수량]]이나 급속한 광자로 생성된 광캐리어 수량의 속도로 표현되기 때문에 단위가 없다.
* [[암전류]]: 암전류는 광전도 방식으로 동작할 때는 입력되는 빛 신호가 없어도 광다이오드를 지나간다. 암전류는 기본 반사능과 반도체 접합의 포화 전류에 의하여 생성된 광전류를 포함한다. 만약 광다이오드를 정확한 광학 세기 측정에 사용하려면 광전류는 반드시 [[교정 (공학)|교정]]해야 하며, 광다이오드가 광통신 시스템에 사용될 때는 [[잡음]]의 원인이 되기도 한다.
* [[잡음등가력]]({{lang|en|noise-equivalent power}}): 광전류를 생성하기 위한 최소 입력 빛세기는 1 [[헤르츠]] 대역폭에서 rms 잡음전류와 같다. 연관된 특성 판독력 (D)은 NEP, 1/NEP의 반대이고 특정한 판독력 (<math>D^\star</math>)은 광검출기의 면적 (A)으로 일반화된 판독력 (<math>D^\star=D\sqrt{A}</math>)이다. NEP는 대략적으로 광다이오드에서 판독가능한 최소 입력전원이다.

광다이오드가 광통신 시스템에 사용될 때 이런 변수들은 특정 [[비트 에러율]]을 지니는 수신기에 요구되는 최소 입력전원인 광수신기의 [[민감도]]에 기여한다.

== 응용 ==
[[파일:Photodiode symbol.svg|right|250px|섬네일|광다이오드 도면 기호]]

PN 광다이오드는 [[광전도체]], [[전하결합소자]], [[광전자배증관]] 튜브와 같은 다른 [[광검출기]]에 유사한 응용으로 사용된다.

광다이오드는 [[콤팩트 디스크|CD]] 재생기, [[화재경보기]], [[비디오카세트 레코더]]나 [[텔레비전]]의 리모콘 수신부와 같은 [[전자제품]] 소자에 사용된다.

[[카메라]] 빛 측정, (어두워지면 흐리게 발광하는) 시계 라디오와 가로등같은 다른 소비제품도 있으며, 어느쪽이나 유용하게 사용할 수 있음에도 불구하고 [[광전도체]]는 광다이오드보다 자주 사용된다.

광다이오드는 과학이나 산업에서 빛세기의 정확한 측정에 사용된다. 일반적으로 광전도체보다 선형 반응성이 좋다.

또한 [[컴퓨터 단층촬영]] ([[섬광체]]와 같이)의 검출기나 표본 ([[면역 측정]])을 분석하는 장비같은 다양한 의료장비에 널리 사용된다. [[혈관 모니터]]에도 사용된다.

[[PIN 다이오드]]는 원래의 PN 접합 다이오드보다 더 빠르고 더 민감하다. 그래서 [[광통신]]과 빛조절기에 사용된다.

PN 광다이오드는 매우 미세한 빛세기를 측정하는 데 사용하지 않는다. 대신에 높은 민감도가 요구되면 [[전자사태 광다이오드]], [[강화 전하결합소자]], [[광전자증관]]이 [[천문학]], [[분광학]], [[야간 촬상]] 소자와 [[레이저 거리측정기]]같은 응용제품에 사용된다.

=== 광전자증배관과 비교 ===
[[광전자증배관]]보다 장점들:

# 급격한 빛의 작용에 의한 출력전류의 탁월한 선형성
# 190 ~ 1100 nm ([[규소|실리콘]])에서 분광 반응성, 다른 [[반도체 재료]]보다 더 긴[[파장]]
# 낮은 잡음
# 기계적 스트레스에 잘견딤
# 싼 가격
# 소형이고 가벼움
# 긴 수명
# 높은 [[양자 효율]], 일반적으로 80 %
# 고전압 불필요

[[광전자증배관]]보다 단점들:

# 작은 면적
# 내부 증폭율이 안됨 ([[전자사태 광다이오드]] 제외, 광전자배증관의 증폭율은 10<sup>8</sup>까지 가능한데 반하여 전자사태 광다이오드는 일반적으로 10<sup>2</sup>–10<sup>3</sup>이다.)
# 종합적으로 더 둔한 민감성
# 광자계산은 특별한 전자회로를 포함된 일반적으로 저온 광다이오드같은 특별한 설계에서만 가능하다.
# 대다수 설계에서 반응속도가 느림

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[전자공학]]
** [[띠틈]]
** [[적외선]]
** [[광전자학]]
** [[태양 전지]]
** [[변환기]]
** [[반도체 소자]]
* [[빛측정]]

== 참조 ==
:이 문서의 일부분은 [[미연방 표준 1037C]]와 [[FAA 글로리아 광통신팀]]({{lang|en|FAA Glossary of Optical Communications Terms}})에서 인용됨.

구워 ({{lang|en|Gowar}}), 존 ({{lang|en|John}}), 광통신 시스템, 제 2판, 영국 햄스터드 프렌티스시청 ({{lang|en|Prentice-Hall}}), 1993년 ({{ISBN|0-13-638727-6}})

== 외부 링크 ==
* {{언어링크|en}} [http://www.emant.com/324003.page 빛세기 기록을 개인용 컴퓨터에 변환하는 광다이오드 사용법]
* {{언어링크|en}} [http://g2n.uwaterloo.ca/ 엑스선 이미지 그룹, 워터루대학]
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20060227061237/http://www.cs.yorku.ca/~visor/ VISOR 실험실, 뉴욕대학]
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20070104122603/http://sales.hamamatsu.com/assets/html/ssd/si-photodiode/index.htm 기술적 정보 하마마쯔 포토닉스]
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20060627194305/http://www.newfocus.com/Online_Catalog/Literature/Insights.pdf 새로운 응용법 01: 고속 검출기와 고주파 기술에 관한 식견] ([[PDF]] 파일)
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20060627194318/http://www.newfocus.com/Online_Catalog/Literature/apnote14.pdf 새로운 응용법 14: 균형적인 광검출기를 이용하는 방법개론] ([[PDF]] 파일)
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20060819224735/http://www.nocturnolightscapes.com/viewarticle-en_detektorji.htm 조명 시스템 원리에서 광검출기의 사용]과 일반적인 조명 시스템으로 내장된 광다이오드 기술
* {{언어링크|en}} [https://web.archive.org/web/20061215181544/http://www.fermionics.com/fothome.htm InGaAs 광다이오드에 대한 페르미 광기술 정보]

{{전거 통제}}

[[분류:광학 다이오드]]