Fotodioda dan LED :)

Fotodioda dan LED

 

Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan pn yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan-pn dibias maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat kecil sedangkan jika sambungan pn dibias mundur arus akan bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda.

Karakteristik Fotodioda dan Aplikasinya untuk Mengukur Intensitas Cahaya

Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodioda sebagai salah satu alternatif pendeteksi intensitas cahaya. Alat ini dapat dimanfaatkan bagi siswa dalam memahami tentang materi fotometri dalam pelajaran fisika. Dalam penelitian ini diperoleh hasil bahwa fotodioda dapat berfungsi sebagai sensor untuk mengukur intensitas cahaya, dimana semakin besar intensitas cahaya (ditunjukkan kenaikan daya lampu) yang mengenainya maka arus yang dihasilkan fotodioda juga akan semakin besar. Disamping itu hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara arus yang dihasilkan fotodioda berubah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber cahaya dengan arus lampu tetap.

Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.

Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.

Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.

Substrat LED

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:

• aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah
• gallium aluminium phosphide - hijau
• gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning
• gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru
• gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau
• zinc selenide (ZnSe) - biru
• indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru
• indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau
• silicon carbide (SiC) - biru
• diamond (C) - ultraviolet
• silicon (Si) - biru (dalam pengembangan)
• sapphire (Al₂O₃) - biru

 

Penemuan dan awal perangkat

Electroluminescence ditemukan pada tahun 1907 oleh percobaan Inggris HJ Round dari Marconi Labs , menggunakan kristal silikon karbida dan kumis-detektor cat's . Rusia Oleg Vladimirovich Losev independen melaporkan pada penciptaan sebuah LED pada tahun 1927. Penelitiannya dibagikan dalam bahasa Rusia, Jerman dan jurnal ilmiah Inggris, tetapi tidak ada penggunaan praktis terbuat dari penemuan selama beberapa dekade. Rubin Braunstein dari Radio Corporation of America melaporkan pada emisi inframerah dari gallium arsenide (GaAs) dan paduan semikonduktor lainnya pada tahun 1955. Braunstein diamati emisi inframerah yang dihasilkan oleh struktur dioda sederhana menggunakan antimonide gallium (GaSb), GaAs, indium phosphide (InP), dan silikon-germanium (SiGe) Paduan pada suhu kamar dan di 77 kelvin. Pada tahun 1961, Amerika percobaan Robert Biard dan Gary Pittman bekerja di Texas Instruments , menemukan bahwa GaAs memancarkan radiasi infra merah pada saat arus listrik diaplikasikan dan menerima hak paten untuk LED inframerah. M. Praktis pertama terlihat-spektrum (merah) LED dikembangkan pada tahun 1962 oleh Nick Jr Holonyak , sementara bekerja di General Electric Company . Holonyak dipandang sebagai bapak "dari-emitting dioda cahaya". George Craford, seorang mantan mahasiswa pascasarjana Holonyak, menciptakan kuning pertama LED dan meningkatkan kecerahan merah dan LED merah-oranye dengan faktor sepuluh pada tahun 1972. Pada tahun 1976, TP Pearsall menciptakan pertama tinggi kecerahan, LED efisiensi tinggi untuk telekomunikasi serat optik dengan menemukan bahan semikonduktor baru yang secara khusus disesuaikan dengan panjang gelombang transmisi serat optik.

 

Penggunaan Praktis

Merah, kuning, dan hijau (gelap) LED digunakan dalam sinyal lalu lintas di Swedia . LED komersial pertama yang umum digunakan sebagai pengganti pijar dan neon lampu indikator, dan di -segmen menampilkan tujuh , pertama di peralatan mahal seperti laboratorium dan peralatan pengujian elektronik, kemudian dalam peralatan seperti TV, radio, telepon, kalkulator, dan bahkan jam tangan (lihat daftar aplikasi sinyal ). Ini LED merah yang cukup terang hanya untuk digunakan sebagai indikator, sebagai output cahaya tidak cukup untuk menerangi suatu daerah. Readouts di kalkulator sangat kecil yang lensa plastik dibangun di atas setiap digit untuk membuat mereka dapat dibaca. Kemudian, warna lain menjadi tersedia secara luas dan juga tampil dalam aplikasi dan peralatan. Sebagai teknologi material LED menjadi lebih maju, output cahaya meningkat, dengan tetap menjaga efisiensi dan keandalan pada tingkat yang memadai. Penemuan dan pengembangan putih lampu daya tinggi menyebabkan LED digunakan untuk penerangan  (lihat daftar aplikasi iluminasi ). LED Sebagian besar dibuat di sangat umum 5 mm T1 ¾ dan 3 mm T1 paket, tapi dengan daya yang semakin meningkat, ia telah menjadi semakin perlu untuk menumpahkan kelebihan panas untuk mempertahankan keandalan, yang lebih kompleks paket sehingga telah disesuaikan untuk efisien pembuangan panas.

 

 

Aplikasi LED adalah untuk :

-         Pencahayaan LED dalam kabin pesawat dari Airbus A320 Enhanced .

-         Sebuah layar LED besar di belakang DJ .

-         LED tampilan digital yang dapat menampilkan 4 angka bersama dengan poin.

-         Printhead of an Oki LED printer Printhead dari Oki printer LED

-         LED lampu di siang hari berjalan dari Audi A4

-         sumber lampu LED panel yang digunakan dalam percobaan di pabrik pertumbuhan.

 Temuan-temuan dari percobaan tersebut dapat digunakan untuk tumbuh makanan di ruang pada misi jangka waktu lama.

Aplikasi LED jatuh ke dalam empat kategori utama:

• Visual sinyal aplikasi mana cahaya berjalan lebih atau kurang langsung dari LED ke mata manusia, untuk menyampaikan pesan atau makna.
• Iluminasi mana lampu LED ini tercermin dari objek untuk memberikan respon visual dari objek-objek ini.
• Hasilkan cahaya untuk mengukur dan berinteraksi dengan proses yang tidak melibatkan sistem penglihatan manusia.
• Persempit sensor cahaya band mana LED dioperasikan dalam mode reverse-bias dan responsif terhadap cahaya insiden bukan memancarkan cahaya.