Cálculo de corriente de fotodiodo basado en A/W para simulación

El número de respuesta dado en la tabla es específico para su dispositivo y es exactamente lo que necesita (pero solo en parte, consulte a continuación). No existe un parámetro "único" para todos los sensores, ya que cambia de un fabricante a otro. Esto está determinado principalmente por la QE (Quantum Efficiency), tanto la QE interna como la externa, que está agrupada en el número único de capacidad de respuesta.

Lo que necesita es un mapeo de Lux a Watts, y luego los mapas de respuesta de watts a corriente.

Todos los detectores necesitarán una capa de pasivación encima para proteger el material subyacente del detector (aquí es Si), por lo que tendrá capas de SiO2 y otro material encima. Esto es importante ya que el -QE externo se ocupa de hacer que la luz entreel Si. Esto se explica usando ecuaciones de Fresnel, pero se entiende mejor por la necesidad de hacer coincidir el índice de refracción en el aire (~ 1,0) con el del Si (~ 3,8), el uso de revestimientos AR (antirreflectantes) y la interacción de la luz con las capas de pasivación afecta en gran medida el QE externo del sensor. Una vez que la luz ingresa al sensor, el QE interno es ahora el factor preocupante. A medida que la luz penetra en el Si, deja un rastro de pares E/H (electrón/hueco) que luego son arrastrados en campos E en el sustrato de Si. Si bien se entiende la generación E/H, los campos E son los que determinan qué electrones/agujeros se recolectan. Si genera un par E/H pero no se recopila, pierde QE interno. Los campos eléctricos se crean a su vez a través de la distribución de dopantes y los voltajes aplicados al dispositivo.

En resumen, aunque las características de absorción de Si se conocen bien, los diodos individuales pueden variar mucho con el diseño. La buena noticia es que esto se puede determinar con la configuración experimental adecuada. Por ejemplo, el QE de los sensores de imagen (digamos en verde) puede variar entre fabricantes desde un 20 % hasta un 98 %. En el NIR (digamos alrededor de 850 nm) estos valores divergen aún más del 1% al 40%.

La radiometría es la medida de la luz en unidades cuantitativas, Lux son las mismas curvas con la respuesta fotópica humana superpuesta. Considere ese mapeo como un factor de atenuación adimensional que depende de la longitud de onda.

Idealmente, lo que tiene es la iluminación frente a los espectros de longitud de onda, la curva fotópica nuevamente frente a la longitud de onda (que se encuentra fácilmente en línea) y la respuesta del sensor frente a la longitud de onda y, a partir de ellos, calcularía la cantidad de corriente que fluye.

Sin embargo, tienes dos deficiencias. Una es que no ha identificado sus espectros de iluminación y dos, el sensor solo está definido en 3 puntos.

Una forma abreviada de calcular es usar la estimación simple (y será solo una estimación) de 1 lux =$\frac{1}{683} \frac{watts}{m^2}$@ 556nm (verde). Básicamente, esto significa que si tienes un láser verde en$1 \frac{w}{m^2}$entonces aparecerá como 683 lúmenes para el ojo humano.

Deberá comprender la diferencia entre luminancia e iluminancia. Entonces, esto significa que también deberá decir cuál es el sistema de imágenes/recopilaciones y, en particular, es F/#.

Conocer la relación entre la longitud de onda y la energía de la luz.$E = \frac{hc}{\lambda}$donde h = constante de Planck, C = velocidad de la luz. Le permitirá determinar el flujo de fotones. Y a partir de eso, puede obtener el ruido de disparo del sistema.

Una vez que pueda proporcionar la dependencia de la longitud de onda del iluminante, la óptica de colección f/# y varias otras partes, volveré y completaré los detalles. O si desea usar los punteros aquí para responder la pregunta, puedo verificar la respuesta por usted.

Veo dos áreas en las que parece tener algunos conceptos erróneos sobre cómo abordar este problema:

• Das la salida de la fuente que estás midiendo en lúmenes. Los lúmenes son una unidad relacionada con la percepción humana del brillo, escalada por una función que aproxima la respuesta del ojo humano a diferentes longitudes de onda de luz.

  Sin embargo, un fotodiodo de silicio responderá a un espectro diferente al del ojo. En particular, un fotodiodo de silicio responderá a longitudes de onda infrarrojas de aproximadamente 1 um, mientras que la longitud de onda más larga que el ojo puede ver está en algún lugar cercano a los 780 nm.

  Esto significa que si tiene una fuente caracterizada en lúmenes, tendrá que averiguar su espectro real para poder averiguar su salida en las longitudes de onda vistas por su fotodiodo.

• Dices que no conoces la "eficiencia" de tu fotodiodo. Pero demostraste que conoces la responsividad, dada en A/W. Los vatios en esta característica son los vatios de la luz aplicada al detector. Entonces, la capacidad de respuesta ya contiene la eficiencia (en términos de luz que no se convierte en corriente de fotodiodo) del dispositivo. Como conoce la capacidad de respuesta, no necesita conocer la eficiencia.

Para resolver su problema, necesita conocer el espectro y la intensidad (W/m ² ) de su fuente cuando golpea el fotodiodo. La curva de respuesta del silicio frente a la longitud de onda es bien conocida , y es casi seguro que su dispositivo seguirá esta curva de cerca si no se ha filtrado deliberadamente. Puede verificar esto mediante los tres valores de respuesta diferentes dados para diferentes longitudes de onda. Debe integrar el producto del espectro de luz con la respuesta del fotodiodo para obtener la respuesta total.

Si su señal de luz incide en el fotodiodo desde todos los ángulos (como si estuviera midiendo la luz ambiental) en lugar de en un haz angosto (como si colocara el detector frente a una fuente láser colimada), también deberá tener en cuenta cuenta la reflectividad variable de la superficie del diodo en función del ángulo de entrada.