photodiode

Une photodiode est une jonction à semi-conducteurs, généralement en silicium ou en germanium, qui convertit les photons incidents directement en courant électrique. C'est un dispositif à deux bornes, polarisé en inverse dans les circuits pratiques, où les photons frappent la région de déplétion et génèrent des paires électron-trou. Le photocourant résultant est proportionnel à l'intensité lumineuse et peut être mesuré avec une grande précision sur une large plage dynamique.

Le dispositif fonctionne en polarisation inverse car cette configuration élargit la région de déplétion, augmentant la probabilité que les photons créent des porteurs dans la zone active. Les tensions appliquées varient généralement de 5 à 100 volts selon le type de diode et l'application. Les photodiodes au silicium répondent bien sur le spectre visible et proche infrarouge (environ 350 à 1100 nanomètres), tandis que les dispositifs au germanium s'étendent dans l'infrarouge. Les photodiodes PIN, qui intègrent une couche intrinsèque entre les régions p et n, offrent des temps de réponse plus rapides et une plus grande sensibilité que les diodes à jonction standard.

Les photodiodes sont utilisées dans les posemètres, les récepteurs de communication optique, les cellules solaires et les systèmes de contrôle automatisés. Dans la mesure des services publics et la surveillance des panneaux solaires, elles fournissent un retour d'information sur l'éclairement et le flux de puissance. Leur temps de réponse est mesuré en nanosecondes à microsecondes, ce qui les rend adaptées aux récepteurs à fibre optique à haute vitesse fonctionnant à des fréquences gigahertz. Le courant d'obscurité, le courant de fuite en l'absence de lumière, devient significatif dans les applications sensibles et augmente avec la température.

Les principales limites de performance incluent l'efficacité quantique (la fraction de photons incidents qui génèrent des porteurs de charge collectables, généralement 70 à 90 pour cent pour le silicium dans le visible), la réponse spectrale (les longueurs d'onde que la diode détecte efficacement) et la puissance équivalente de bruit (le signal optique minimal détectable). Le refroidissement réduit le courant d'obscurité et améliore le rapport signal/bruit dans les instruments de précision.

Les photodiodes diffèrent fondamentalement des cellules photoconductrices et des phototransistors. Une photodiode génère du courant passivement ; un phototransistor amplifie le photocourant en interne. La faible capacitance et la commutation rapide de la photodiode en font le choix pour les applications critiques en termes de vitesse, tandis que sa simplicité et sa stabilité en font la base de la plupart des systèmes de mesure optique dans les environnements industriels.