Diode quang là gì?
Diode quang là thiết bị bán dẫn, hấp thụ năng lượng ánh sáng chuyển đổi thành năng lượng điện. Phần lõi của diode quang cũng là tiếp giáp P-N giống như diode thông thường nhưng tiếp giáp P-N của diode quang rất nhạy sáng với sự thay đổi của ánh sáng.
So với diode thông thường, cấu trúc của diode quang khác ở chỗ diện tích tiếp giáp P-N được làm càng lớn, càng tốt để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp nhận ánh sáng tới, diện tích điện cực được giữ càng nhỏ, càng tốt và độ sâu tiếp giáp của tiếp giáp P-N rất nông, thường nhỏ hơn 1 micron.
Vật liệu diode quang điển hình là silicon, germanium và indium galium arsenide. Diode quang được thiết kế để hoạt động ở chế độ phân cực ngược (reverse bias).
Hoạt động của diode quang
Diode quang tiếp xúc với các photon dưới dạng ánh sáng, ảnh hưởng đến việc tạo ra các cặp electron-lỗ trống (electrons-holes). Khi có ánh sáng, các photon mang năng lượng đi vào tiếp giáp P-N, truyền năng lượng cho các electron liên kết trên liên kết cộng hóa trị, khiến một số electron thoát khỏi liên kết cộng hóa trị, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các cặp electron-lỗ trống được tạo ra tách biệt với nhau, trước khi kết hợp lại do điện trường của mối tiếp giáp.
Hướng của điện trường trong diode đẩy các electron di chuyển về phía N, trong khi các lỗ trống di chuyển về phía P. Phía N thu thập electron, trong khi phía P thu thập lỗ trống, dẫn đến việc thiết lập suất điện động, do đó có dòng điện chạy qua. Bây giờ, khi tải bên ngoài được kết nối với hệ thống, sẽ có dòng điện chạy qua nó.
Suất điện động tạo ra càng lớn, dòng điện chạy qua càng lớn. Dòng điện do diode quang tạo ra dưới ánh sáng thông thường được gọi là dòng quang điện. Độ lớn của suất điện động tạo ra phụ thuộc trực tiếp vào cường độ ánh sáng chiếu tới.
Diode quang tạo ra dòng điện trực tiếp tùy thuộc vào cường độ ánh sáng nhận được nên chúng có thể được dùng như bộ dò quang để phát hiện tín hiệu quang. Các thấu kính tích hợp và bộ lọc quang có thể sử dụng để tăng công suất và năng suất của diode quang.
Ứng dụng của diode quang
Diode quang được sử dụng theo cùng cách như các bộ tách quang khác trong các thiết bị. Chúng có thể đưa ra tín hiệu điện tương ứng tùy thuộc vào độ chiếu sáng nhận được (ví dụ trong các dụng cụ đo lường) hoặc chuyển đổi giữa các trạng thái khác nhau trong mạch kỹ thuật số (ví dụ công tắc điều khiển, xử lý tín hiệu kỹ thuật số).
Trong sản xuất năng lượng tái tạo, diode quang là thành phần quan trọng trong các tấm pin điện mặt trời, chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.
Diode quang được sử dụng trong một số thiết bị điện tử tiêu dùng như đầu đĩa CD, thiết bị hồng ngoại trong điều khiển từ xa của tivi và máy điều hòa không khí.
Một số ứng dụng, có thể sử dụng diode quang hoặc các vật liệu quang dẫn khác để đo ánh sáng cho máy ảnh, điều chỉnh độ sáng tự động của đèn đường,…
Diode quang cũng sử dụng trong các thiết bị điện tử an toàn như máy dò khói và cháy.
Diode quang trong các loại cảm biến ánh sáng có thể được sử dụng để phát hiện các luồng sáng đột ngột hoặc phát hiện sự phát quang trong cùng một hệ thống mạch. Diode quang thường được kết hợp với các thiết bị phát sáng (thường là diode phát sáng) để tạo thành một module thường được gọi là phần tử ghép quang.
Một vai trò khác của diode quang là hoạt động như một trung gian giữa các mạch tương tự hay mạch kỹ thuật số để hai phần có thể được ghép nối bằng tín hiệu quang, tăng tính an toàn của mạch.
Trong nghiên cứu khoa học và công nghiệp, diode quang thường sử dụng để đo chính xác cường độ ánh sáng vì chúng có độ tuyến tính tốt hơn các vật liệu quang dẫn khác.
Diode quang cũng sử dụng trong một số ứng dụng y tế, chẳng hạn như máy chụp cắt lớp vi tính, máy dò xung, các thiết bị phân tích mẫu.
