2021 주니어닥터 - 과학 DIY 챌린지 (기계 속 광 검출기 이해하기)
성림초등학교 고준
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포토다이오드
포토다이오드는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 광센서의 한 종류이다. 이것은 반도체의 PN 접합부에 광검출 기능을 추가한 것으로 그 회로기호는 다음과 같다.
[그림] 포토다이오드
빛이 다이오드에 닿으면 전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전류가 흐르며, 전압의 크기는 빛의 강도에 거의 비례한다. 이처럼 광전 효과의 결과 반도체의 접합부에 전압이 나타나는 현상을 광기전력 효과라고 한다.
포토다이오드는 응답속도가 빠르고, 감도 파장이 넓으며, 광전류의 직진성이 양호하다는 특징이 있다. 주로 CD 플레이어나 화재경보기, 텔레비전의 리모컨 수신부와 같은 전자제품 소자에 사용되며, 빛의 세기를 정확하게 측정하기 위하여 활용되기도 한다.
포토다이오드에는 PIN 다이오드, APD 다이오드 등이 주로 사용되는데, PIN 포토 다이오드는 PN 접합의 중간에 캐리어가 적어 저항이 큰 진성반도체의 층이 설치된 구조이다. PIN 구조는 PN 접합보다 1층 내의 높은 전기장에서 고속성이 얻어지는 특성을 가진다.
APD는 PN접합 중간에 사태(avalanche)층이 있고, 입사한 빛의 여기에 따라서 발생한 캐리어가 높은 전기장에 의해 사태층 내에서 원자에 충돌하여 새롭게 홀과 전자의 쌍을 만들고, 그들이 또 새롭게 충돌을 일으키는 과정에서 사태효과를 일으킴으로써 광전류가 증대되는 원리를 이용한다. 따라서 APD는 장거리 통신에 주로 이용된다.
포토다이오드는 발광다이오드(LED: light emitting diode)와 유사하게 생겼으나 반대의 기능을 한다. 포토다이오드는 빛에너지를 전기에너지로 전환하지만, 발광다이오드는 전기에너지를 빛에너지로 전환한다. 회로기호 역시 유사한 모양이지만, 포토다이오드는 화살표가 안으로 들어오는 모양이고, 발광다이오드는 화살표가 밖으로 나가는 모양을 한다.
포토다이오드는 포토트랜지스터(photo transistor)와 구성과 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 기능면에서 유사하다. 그러나 포토트랜지스터는 빛을 쪼였을 때 전류가 증폭되어 발생하기 때문에 포토다이오드에 비해 빛에 더 민감하고 반응속도는 느리다.
[네이버 지식백과] 포토다이오드 [photodiode] (두산백과)
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한국기초과학지원연구원
첨단연구장비를 활용한 연구지원 및 공동연구, 국산장비개발, 국가연구시설·장비 총괄관리 등
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