ピジシャルフォトダイオードの量子効率を計算するにはどうすればよいですか?

ちょっと、そこ！ピジシャル フォトダイオードのサプライヤーとして、私はこれらの気の利いたデバイスの量子効率を計算する方法についてよく質問を受けます。量子効率は、フォトダイオードが光子を電子にどの程度変換できるかを示す重要なパラメータです。このブログでは、ピジシャル フォトダイオードの量子効率を計算するプロセスをわかりやすく説明します。

量子効率とは何ですか?

計算に入る前に、量子効率が実際に何を意味するのかを簡単に見てみましょう。量子効率 (QE) は、フォトダイオードに入射する光子の数に対する、フォトダイオードによって収集された電荷キャリアの数の比です。簡単に言うと、フォトダイオードが光を電気信号にどれだけ効果的に変換できるかの尺度です。より高い量子効率は、より多くの入射光子が有用な電気信号に変換されることを意味し、これは明らかにほとんどのアプリケーションにおいて望ましいことです。

量子効率に影響を与える要因

いくつかの要因がピジシャル フォトダイオードの量子効率に影響を与える可能性があります。これらには、入射光の波長、フォトダイオードの材質、デバイスの構造が含まれます。異なる材料は異なる波長で異なる吸収係数を持ちます。これは、材料が光の色に応じて多かれ少なかれ効率的に光子を吸収し、変換することを意味します。たとえば、シリコンベースのフォトダイオードは可視領域と近赤外領域で最も効率的ですが、ゲルマニウムベースのフォトダイオードは赤外領域の長波長に適しています。

量子効率の計算

さて、ピジシャルフォトダイオードの量子効率の計算の核心に入りましょう。量子効率の基本式は次のとおりです。

[ QE = \frac{\text{収集された電荷キャリアの数}}{\text{入射光子の数}} \times 100% ]

ただし、実際には、多くの場合、フォトダイオードによって生成される光電流と入射光パワーを測定し、これらの値を使用して量子効率を計算する方が便利です。その方法は次のとおりです。

ステップ 1: 入射光パワー ((P_{in})) を測定する

最初のステップは、フォトダイオードに当たる光のパワーを測定することです。これを行うにはパワーメーターを使用できます。パワー メーターが校正されていること、および使用している光源と同じ波長でパワーを測定していることを確認してください。入射光パワーは通常、ワット (W) 単位で測定されます。

ステップ 2: 光電流 ((I_{ph})) を測定する

次に、フォトダイオードが入射光にさらされたときに生成される光電流を測定する必要があります。光電流を測定するには、電流計または電流計を使用できます。フォトダイオードが回路に適切に接続されていること、および電流を正確に測定していることを確認してください。光電流は通常、アンペア (A) 単位で測定されます。

ステップ 3: 入射光子の数を計算する

入射フォトンの数を計算するには、次の式を使用できます。

[ N_{ph} = \frac{P_{in}}{h \times f} ]

ここで、(N_{ph}) は入射光子の数、(P_{in}) は入射光パワー、(h) はプランク定数 ((6.626 \times 10^{-34} \text{ J s}))、(f) は入射光の周波数です。周波数は式 (f = \frac{c}{\lambda}) を使用して計算できます。ここで、(c) は光の速度 ((3 \times 10^8 \text{ m/s}))、(\lambda) は入射光の波長です。

ステップ 4: 収集された電荷キャリアの数を計算する

収集された電荷キャリアの数は、次の式を使用して計算できます。

[ N_{e} = \frac{I_{ph}}{e} ]

ここで、(N_{e}) は収集された電荷キャリアの数、(I_{ph}) は光電流、(e) は素電荷 ((1.602 \times 10^{-19} \text{ C})) です。

ステップ 5: 量子効率を計算する

最後に、次の式を使用して量子効率を計算できます。

[ QE = \frac{N_{e}}{N_{ph}} \times 100% ]

これが実際にどのように機能するかを例で見てみましょう。波長 850 nm、入射光出力 100 μW の光にさらされるピジシャル フォトダイオードがあるとします。 20 μA の光電流を測定します。量子効率の計算方法は次のとおりです。

1. 入射光の周波数を計算します。
   [ f = \frac{c}{\lambda} = \frac{3 \times 10^8 \text{ m/s}}{850 \times 10^{-9} \text{ m}} = 3.53 \times 10^{14} \text{ Hz} ]

2. 入射フォトンの数を計算します。
   [ N_{ph} = \frac{P_{in}}{h \times f} = \frac{100 \times 10^{-6} \text{ W}}{6.626 \times 10^{-34} \text{ J s} \times 3.53 \times 10^{14} \text{ Hz}} = 4.27 \times 10^{11} \text{ フォトン/秒} ]

3. 収集された電荷キャリアの数を計算します。
   [ N_{e} = \frac{I_{ph}}{e} = \frac{20 \times 10^{-6} \text{ A}}{1.602 \times 10^{-19} \text{ C}} = 1.25 \times 10^{14} \text{ 電子数/秒} ]

4. 量子効率を計算します。
   [ QE = \frac{N_{e}}{N_{ph}} \times 100% = \frac{1.25 \times 10^{14} \text{ 電子/秒}}{4.27 \times 10^{11} \text{ 光子/秒}} \times 100% = 29.3% ]

ピジシャルフォトダイオードにおける量子効率の重要性

量子効率はデバイスの性能に直接影響するため、ピジシャルフォトダイオードの重要なパラメータです。量子効率が高いということは、フォトダイオードが弱い光信号を検出し、より効果的に電気信号に変換できることを意味します。これは、光通信システム、リモートセンシング、科学研究など、微弱な光レベルを検出する必要があるアプリケーションで特に重要です。

当社のピジシャルフォトダイオード製品

当社では、高い量子効率と優れた性能を備えたピジシャルフォトダイオードを幅広く提供しています。当社の人気製品には次のようなものがあります。

• ピグテール付きミニフォトダイオード: これらのコンパクトなフォトダイオードは、スペースが限られている用途に最適です。高い量子効率と低ノイズを実現し、光センサーや通信システムでの使用に最適です。
• FCコネクタ付きピグテール付きフォトダイオード: これらのフォトダイオードには FC コネクタが付属しているため、既存の光学システムに簡単に統合できます。高感度と高速応答時間を実現し、幅広い用途に適しています。
• 155M 2.5G APD-TIA フォトダイオード: これらの高度なフォトダイオードは、アバランシェ フォトダイオード (APD) とトランスインピーダンス アンプ (TIA) を組み合わせて、高ゲインと低ノイズを提供します。これらは高速光通信システム用に設計されており、最大 2.5 Gbps のデータ速度で優れたパフォーマンスを提供します。

調達に関するお問い合わせ

当社のピジシャルフォトダイオードの購入に興味がある場合、または量子効率や当社の製品についてご質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。当社には、アプリケーションに適切な選択をするために必要な情報とサポートを提供できる経験豊富な専門家チームがいます。

参考文献

• BEA のサレハ、MC のタイヒ (2007)。フォトニクスの基礎。ワイリー。
• Sze、SM、Ng、KK (2007)。半導体デバイスの物理学。ワイリー。