Photodiode : Pengertian dan Prinsip Kerjanya

Photodiode merupakan komponen aktif elektronika yang bisa mengubah cahaya menjadi arus listrik dan terbuat dari bahan semikonduktor serta tergolong dalam keluarga dioda. Photodiode memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal katoda dan kaki terminal anoda. Namun photodiode memiliki lensa dan filter optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya.  

 

Cahaya yang bisa dideteksi oleh photodiode diantaranya seperti cahaya matahari, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, photodiode yang bisa mendeteksi berbagai cahaya telah banyak diaplikasikanke berbagai perangkat elektronika dan listrik seperti penghitung kendaraan, alat-alat media, scanner barcode, sensor cahaya kamera dan peralatan keamanan. 

 

Bahan - bahan Semikonduktor untuk Photodiode 

 

Bahan semikonduktor yang biasanya digunakan sebagai bahan dasar photodiode yaitu silikon (Si), germanium (Ge), indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) dan indium gallium arsenide (InGaAs).

 

• Silikon (Si) 

 

Arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400 nm hingga 1000 nm (terbaik di jarak 800 nm – 900 nm).

 

• Germanium (Ge) 

 

Arus gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900 nm – 1600 nm (terbaik di jarak 1400 nm – 1500 nm).

 

• Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP)

 

Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000 nm – 1350 nm (terbaik di jarak 1100 nm – 1300 nm).

 

• Indium gallium arsenide (InGaAs) 

 

Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900 nm – 1700 nm (terbaik di jarak 1300 nm – 1600 nm).

 

Bentuk dan Simbol Photodiode 

 

Prinsip Kerja Photodiode   

            

Photodiode terdiri dari satu lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang memiliki kebanyakan elektron dan satu lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang memiliki kebanyakan hole. Lapisan semikonduktor tipe-N yaitu katoda sedangkan lapisan semikonduktor tipe-P yaitu anoda. 

 

Ketika photodiode terkena cahaya, foton yang merupakan partikel terkecil cahaya akan menembus lapisan semikonduktor tipe-N dan memasuki lapisan semikonduktor tipe-P. Foton-foton tersebut akan bertabrakan dengan elektron-elektron yang terikat sehingga elektron tersebut terpisah dari intinya dan menyebabkan terjadinya hole. Elektron terpisah akibat tabrakan dan berada dekat persimpangan PN (PN junction) akan menyeberangi persimpangan tersebut ke wilayah semikonduktor tipe-N. Hasilnya, elektron akan bertambah di sisi semikonduktor N sedangkan sisi semikonduktor P akan kelebihan hole. Pemisahan muatan positif dan negatif ini menyebabkan perbedaan potensial pada persimpangan PN. Ketika kita hubungkan sebuah beban atau pun kabel ke katoda (sisi semikonduktor N) dan anoda (sisi semikonduktor P), elektron akan mengalir melalui beban atau kabel tersebut dari katoda ke anoda atau biasanya kita sebut sebagai aliran arus listrik.

 

Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)

 

Ada dua model pengoperasian pada photodiode, yaitu dengan model photovoltaic dan model photoconductive.

 

1. Model Photovoltaic

 

Photodiode juga bisa menghasilkan tegangan yang bisa diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika.  

 

2. Model Photoconductive

 

Model photoconductive tidak bisa menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka karena tidak bisa menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka biasanya photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reversed biased voltage). Model ini menggunakan sumber tegangan lain sebagai penggerak beban atau rangkaian elektronika. Sedangkan photodiode sendiri berfungsi sebagai saklar yang mengalirkan arus listrik ketika dikenakan cahaya.