{"id":764,"date":"2023-11-22T10:00:00","date_gmt":"2023-11-22T09:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/photon55.nl\/?p=764"},"modified":"2025-12-16T18:36:27","modified_gmt":"2025-12-16T17:36:27","slug":"p-n-gedrag-in-fotodiodes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/11\/22\/p-n-gedrag-in-fotodiodes\/","title":{"rendered":"P\/N-gedrag in fotodiodes"},"content":{"rendered":"\n

Fotodiodes zijn halfgeleiderelementen die licht omzetten in elektrische stroom. Ze zijn een cruciale component in veel opto-elektronische toepassingen, waaronder camera’s, optische communicatiesystemen en lichtsensoren. <\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Om de toestand en het gedrag van de P\/N-overgang in een fotodiode te begrijpen, zullen we een kijkje nemen in het inwendige van de fotodiode.<\/p>\n\n\n\n

Lees ook:<\/strong> <\/em>Computational sensoren<\/a><\/p>\n\n\n\n

Inleiding tot fotodiodes<\/strong>
Een fotodiode is een elektronisch onderdeel dat stroom (elektronen) produceert als er licht (fotonen) op valt. De sensor van een digitale camera is opgebouwd uit miljoenen fotodiodes en dat maakt de fotodiode tot de ziel van een digitale camera.
In de fotodiode zit een P-N-halfgeleiderovergang (PN-junctie) en een lens om licht op de junctie te kunnen laten vallen.
Fotodiodes worden meestal gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals silicium. Ze bestaan uit twee hoofdgebieden, het P-type (positief) (elektronengat) en het N-type (negatief) (elektronen) gebied, die samenkomen op de P\/N-overgang (PN-junctie) of grens. De P\/N-overgang is het belangrijkste element van een fotodiode. Op de grens van deze twee gebieden treden interessante verschijnselen op door het verschil in energieniveaus.<\/p>\n\n\n\n

Status van de P\/N-grens<\/strong>
De P\/N-overgang bevindt zich in een toestand van thermodynamisch evenwicht<\/a> wanneer er geen externe spanning wordt aangelegd. In deze toestand kunnen bepaalde karakteristieken worden waargenomen. <\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
In vastestoffysica is een elektronengat<\/strong> het ontbreken van een elektron<\/a> uit een anders volledig vol atoom of molecuul (het atoom of molecuul heeft nu een positieve lading). <\/mark><\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Ingebouwd potentiaal<\/strong>
Op de P\/N-grens bestaat er een ingebouwd potentiaal door het verschil in elektronenaffiniteit tussen de P- en N-gebieden. Deze potentiaal werkt als een barri\u00e8re die de stroom van meerderheidsdragers (elektronen in het N-gebied en gaten in het P-gebied) over de overgang verhindert. <\/p>\n\n\n\n

Depletiegebied<\/strong>
De ingebouwde potentiaal cre\u00ebert een verarmingsgebied in de buurt van de P\/N-grens. In dit gebied is de concentratie van ladingsdragers (elektronen en gaten) erg laag. <\/p>\n\n\n\n

Diffusie- en verloopstromen<\/strong>
In thermodynamisch evenwicht is er weliswaar geen nettostroom van ladingsdragers over de junctie, maar er is wel een diffusiestroom van elektronen van de N-regio naar de P-regio en een verloopstroom van gaten van de P-regio naar de N-regio. Deze stromen houden elkaar in evenwicht, waardoor er geen netto stroom vloeit.<\/p>\n\n\n\n

Gedrag van de P\/N-grens bij blootstelling aan licht<\/strong>
Wanneer een fotodiode wordt blootgesteld aan licht, treden er verschillende interessante gedragingen op bij de P\/N-grens.<\/p>\n\n\n\n

Absorptie van fotonen <\/strong>
Fotonen van het invallende licht worden geabsorbeerd door het halfgeleidermateriaal in de fotodiode. <\/p>\n\n\n\n

Generatie en recombinatie <\/strong>
Elektronen en gaten die ontstaan door fotonabsorptie worden gegenereerd in het overgangsgebied of verarmingsgebied. Elektronen bewegen naar het N-gebied, terwijl gaten naar het P-gebied bewegen. Sommige van deze dragers recombineren in het verarmingsgebied, waardoor de ladingsscheiding kleiner wordt.<\/p>\n\n\n\n

Fotostroom<\/strong>
De resterende elektron-gatparen die niet recombineren vormen een fotostroom. Deze fotostroom is evenredig met de intensiteit van het invallende licht.<\/p>\n\n\n\n

Omgekeerde voorspanning<\/strong>
Door een omgekeerde voorspanning over de P\/N-junctie toe te passen, wordt het verarmingsgebied breder, waardoor de waarschijnlijkheid van fotonabsorptie en dus de fotostroom toeneemt.<\/p>\n\n\n\n

Gedrag van de P\/N-grens onder voorwaartse voorspanning<\/strong>
Wanneer een voorwaartse voorspanning wordt toegepast, kunnen ladingsdragers vrij over de P\/N-overgang stromen, waardoor de ingebouwde potentiaalbarri\u00e8re wordt verkleind. Dit kan in sommige toepassingen worden gebruikt om de reactie van de fotodiode op licht te regelen.<\/p>\n\n\n\n

Kwantumrendement<\/strong>
De kwantumeffici\u00ebntie van een fotodiode meet hoe effectief deze invallende fotonen omzet in elektronen. Dit hangt af van factoren zoals de materiaaleigenschappen, het ontwerp van de fotodiode en de golflengte van het invallende licht.<\/p>\n\n\n\n

Donkstroom en ruis<\/strong>
Fotodiodes kunnen een kleine hoeveelheid donkere stroom<\/a> vertonen, zelfs zonder licht, die kan worden toegeschreven aan thermisch gegenereerde dragers. Het verminderen van de donkerstroom en het minimaliseren van de ruis zijn cruciaal voor de prestaties van de fotodetector.<\/p>\n\n\n\n

Reactietijd<\/strong>
Fotodiodes hebben een eindige responstijd, dat is de tijd die de fotostroom nodig heeft om te stijgen en te dalen als reactie op veranderingen in invallend licht. De responstijd wordt be\u00efnvloed door factoren zoals mobiliteit van de drager en de RC-tijdconstante van het apparaat.<\/p>\n\n\n\n

Toepassingen<\/strong>
Fotodiodes vinden toepassingen op een groot aantal gebieden, waaronder fotografie, optische communicatie, laserafstandsmeters en diverse wetenschappelijke instrumenten. Inzicht in de toestand en het gedrag van P\/N-grenzen is cruciaal voor het optimaliseren van de prestaties van fotodiodes in deze toepassingen.<\/p>\n\n\n\n

Samengevat spelen de toestand en het gedrag van de P\/N-grenzen in een fotodiode een cruciale rol in de werking ervan. De ingebouwde potentiaal van de P\/N junctie, het depletiegebied en de respons op blootstelling aan licht staan centraal in de functie als licht-naar-elektriciteit omzetter. Afhankelijk van de toepassing en de operationele omstandigheden kunnen fotodiodes worden ontworpen om specifiek gedrag te vertonen door voorspanningen toe te passen of hun ontwerp te optimaliseren. <\/p>\n\n\n\n

Inzicht in deze principes is natuurlijk niet noodzakelijk voor een fotograaf maar misschien maakt het wel iets duidelijker wat de sensor van de camera, waar miljoenen fotodioden gerangschikt zijn, eigenlijk is.<\/p>\n\n\n\n

Lees ook:<\/strong> <\/em>Het gedrag van elektronen<\/a><\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n
<\/div>\n\n\n\n
\n
<\/div>\n\n\n\n
<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Fotodiodes zijn halfgeleiderelementen die licht omzetten in elektrische stroom. Ze zijn een cruciale component in veel opto-elektronische toepassingen, waaronder camera’s, optische communicatiesystemen en lichtsensoren.<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":987,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"advanced_seo_description":"","jetpack_seo_html_title":"","jetpack_seo_noindex":false,"ngg_post_thumbnail":0,"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[4,77],"tags":[],"class_list":["post-764","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-beeldvorming","category-natuurkunde","has-thumb"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/11\/PN_diode_with_electrical_symbol.svg_-1-e1701335039406.png?fit=542%2C333&ssl=1","jetpack-related-posts":[{"id":46,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/10\/06\/cmos-chip\/","url_meta":{"origin":764,"position":0},"title":"CMOS beeldsensor.","author":"John","date":"6 oktober 2023","format":false,"excerpt":"Een CMOS-beeldsensor (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) zet licht om in elektrische signalen en verwerkt deze signalen tot een beeld. Hier volgt een vereenvoudigd overzicht hoe het werkt: 1. FotonabsorptieWanneer licht het oppervlak van de CMOS-sensor raakt, genereert het fotonen. Deze fotonen worden geabsorbeerd door de lichtgevoelige elementen in elke pixel. 2. Het\u2026","rel":"","context":"In "Beeldvormende technieken"","block_context":{"text":"Beeldvormende technieken","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/beeldvorming\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/FI-BI-e1698155158620.jpg?fit=500%2C334&ssl=1&resize=350%2C200","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":1084,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/12\/20\/halfgeleider-basisprincipes-en-dopings\/","url_meta":{"origin":764,"position":1},"title":"Halfgeleider – Basisprincipes en Dopings","author":"John","date":"20 december 2023","format":false,"excerpt":"Halfgeleiders zijn materialen met een elektrisch geleidingsvermogen tussen dat van geleiders (zoals metalen) en isolatoren (zoals b.v. rubber en glas) in. De geleidbaarheid van halfgeleiders kan worden gecontroleerd en gemanipuleerd, waardoor ze essenti\u00eble componenten zijn in elektronische apparaten. Het gedrag van halfgeleiders wordt voornamelijk bepaald door hun atoomstructuur en de\u2026","rel":"","context":"In "Hardware"","block_context":{"text":"Hardware","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/hardware\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/halfgeleiders-e1703751650192.jpg?fit=571%2C380&ssl=1&resize=350%2C200","width":350,"height":200,"srcset":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/halfgeleiders-e1703751650192.jpg?fit=571%2C380&ssl=1&resize=350%2C200 1x, https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/halfgeleiders-e1703751650192.jpg?fit=571%2C380&ssl=1&resize=525%2C300 1.5x"},"classes":[]},{"id":1320,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/11\/08\/het-gedrag-van-elektronen\/","url_meta":{"origin":764,"position":2},"title":"Het gedrag van elektronen","author":"John","date":"8 november 2023","format":false,"excerpt":"Elektronen zijn subatomaire deeltjes die een fundamenteel onderdeel zijn van atomen en een cruciale rol spelen in het gedrag van materie. Inzicht in het gedrag van elektronen staat centraal in ons begrip van scheikunde en de werking van elektronische apparaten. Hier volgt een overzicht van het gedrag van elektronen. Lading\u2026","rel":"","context":"In "Algemeen"","block_context":{"text":"Algemeen","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/algemeen\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/11\/Atoommodel-van-Bohr-1.jpg?resize=350%2C200&ssl=1","width":350,"height":200,"srcset":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/11\/Atoommodel-van-Bohr-1.jpg?resize=350%2C200&ssl=1 1x, https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/11\/Atoommodel-van-Bohr-1.jpg?resize=525%2C300&ssl=1 1.5x"},"classes":[]},{"id":671,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/11\/06\/dual-pixel-autofocus\/","url_meta":{"origin":764,"position":3},"title":"Dual Pixel autofocus","author":"John","date":"6 november 2023","format":false,"excerpt":"Dual Pixel autofocus is een technologie die vaak wordt gebruikt in sommige moderne camera's en smartphones om de autofocussnelheid en -nauwkeurigheid in foto's en video's te verbeteren. Zo werkt het: Gesplitste pixelsElke pixel op de camerasensor is verdeeld in twee afzonderlijke fotodiodes of lichtgevoelige elementen. Deze twee fotodiodes worden \"dubbele\u2026","rel":"","context":"In "Auto\/Manual Focus"","block_context":{"text":"Auto\/Manual Focus","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/auto-manual_focus\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Dual-Pixel-autofocus.jpg?fit=500%2C333&ssl=1&resize=350%2C200","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":2298,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2025\/01\/15\/organische-versus-siliciumsensoren\/","url_meta":{"origin":764,"position":4},"title":"Organische versus siliciumsensoren","author":"John","date":"15 januari 2025","format":false,"excerpt":"De Organic Photoconductive Film (OPF) technologie biedt verschillende voordelen ten opzichte van conventionele fotodiodesensoren met silicium in digitale camera's, en pakt de belangrijkste beperkingen van op silicium gebaseerde systemen aan. Panasonic en Fujifilm ontwikkelen een techniek die een 10 keer hogere verzadiging en een functionele global shutter sluitertechnologie bied door\u2026","rel":"","context":"In "Beeldvormende technieken"","block_context":{"text":"Beeldvormende technieken","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/beeldvorming\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2025\/01\/OPF3.png?fit=496%2C352&ssl=1&resize=350%2C200","width":350,"height":200},"classes":[]},{"id":168,"url":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/2023\/10\/16\/het-foto-elektrisch-effect\/","url_meta":{"origin":764,"position":5},"title":"Het foto-elektrisch effect.","author":"John","date":"16 oktober 2023","format":false,"excerpt":"Het foto-elektrisch effect is een fenomeen waarbij elektronen worden uitgezonden door een materiaal wanneer het wordt blootgesteld aan licht. Dit effect speelt een cruciale rol in digitale camera's en andere beeldverwerkingsapparaten maar b.v. ook in zonnepanelen. Zo werkt het: Fotonabsorptie Wanneer licht (fotonen) op het oppervlak van een materiaal valt,\u2026","rel":"","context":"In "Algemeen"","block_context":{"text":"Algemeen","link":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/category\/algemeen\/"},"img":{"alt_text":"","src":"https:\/\/i0.wp.com\/photon55.nl\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Fotoelectrisch-effect-e1698154369262.png?fit=436%2C291&ssl=1&resize=350%2C200","width":350,"height":200},"classes":[]}],"jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/764","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=764"}],"version-history":[{"count":16,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/764\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2461,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/764\/revisions\/2461"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/987"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=764"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=764"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/photon55.nl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=764"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}