Fotodíodo

Un fotodíodo^[1] é un semicondutor construído cunha unión PN, sensible á incidencia da luz visible ou infravermella. Para que o seu funcionamento sexa correcto se polariza inversamente, co que se producirá unha certa circulación de corrente cando sexa excitado pola luz. Debido á súa construción, os fotodíodos compórtanse como células fotovoltaicas, é dicir, iluminados en ausencia dunha fonte exterior de enerxía xeran unha corrente moi pequena co positivo no ánodo e o negativo no cátodo.

Principio de operación[editar | editar a fonte]

Un fotodíodo é unha unión PN ou estrutura P-I-N. Cando un feixe de luz de suficiente enerxía incide no díodo, excita un electrón dándolle movemento e crea un oco con carga positiva. Se a absorción ocorre na zona de esgotamento da unión, ou a unha distancia de difusión del, estes portadores son retirados da unión polo campo da zona de esgotamento, producindo unha fotocorrente. Os portadores son almacenados na xuntura da unión ata o momento da súa lectura. O ancho desta xuntura limita a súa capacidade de almacenamento. A medida que os electróns, $n_{e}$ , son acumulados a voltaxe a través do condensador redúcese baixo:

$\Delta V=n_{e}.q/C$ ^[2]

Tras a lectura a voltaxe volve ao seu valor orixinal. Se o número de electróns e moi alto, a voltaxe redúcese a cero, causando un efecto de saturación.

Os díodos teñen un sentido normal de circulación de corrente, que se chama polarización directa. Nese sentido o díodo deixa pasar a corrente eléctrica e practicamente non o permite no inverso. No fotodíodo a corrente (que varía cos cambios da luz) é a que circula en sentido inverso ao permitido pola xuntura do díodo. É dicir, para o seu funcionamento o fotodíodo é polarizado de maneira inversa. Producirase un aumento da circulación de corrente cando o díodo é excitado pola luz. En ausencia de luz a corrente presente é moi pequena e recibe o nome de corrente de escuridade.

Os fotodíodos de avalancha teñen unha estrutura similar, pero traballan con voltaxes inversas maiores. Isto permite aos portadores de carga fotoxenerados ser multiplicados na zona de avalancha do díodo, resultando nunha ganancia interna, que incrementa a resposta do dispositivo. Todo isto baséase no manual do fabricante.

Composición[editar | editar a fonte]

O material empregado na composición dun fotodíodo é un factor crítico para definir as súas propiedades. Adoitan estar compostos de silicio, sensible á luz visible (lonxitude de onda de até 1 µm); xermanio para luz infravermella (lonxitude de onda até aprox. 1,8 µm ); ou de calquera outro material semicondutor.

Material	Lonxitude de onda (nm)
Silicio	190–1100
Xermanio	800–1900
Indio, galio e arsénico (InGaAs)	800–2600
Sulfuro de chumbo	<1000-3900

Tamén é posible a fabricación de fotodíodos para o seu uso no campo dos infravermellos medios (lonxitude de onda entre 5 e 20 µm), pero estes requiren refrixeración por nitróxeno líquido.

Antigamente fabricábanse exposímetros cun fotodíodo de selenio dunha superficie ampla.

Uso[editar | editar a fonte]

A diferenza do LDR, o fotodíodo responde os cambios de escuridade a iluminación e viceversa con moita máis velocidade, e pode utilizarse en circuítos con tempo de resposta máis pequeno.
Úsase nos lectores de CD, recuperando a información gravada no asuco do CD transformando a luz do feixe láser reflectida no mesmo en impulsos eléctricos para ser procesados polo sistema e obter como resultado os datos gravados.
Usados tamén en fibra óptica.

Investigación[editar | editar a fonte]

A investigación a nivel mundial neste campo céntrase (ao redor de 2005) especialmente no desenvolvemento de células solares económicas, miniaturización e mellora dos sensores CCD e CMOS, así como de fotodíodos máis rápidos e sensibles para o seu uso en telecomunicacións con fibra óptica.

Desde 2005 existen tamén semicondutores orgánicos. A empresa NANOIDENT Technologies foi a primeira no mundo en desenvolver un fotodetector orgánico, baseado en fotodíodos orgánicos.

Notas[editar | editar a fonte]

↑ Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para fotodíodo.
↑ Holst, Gerald; Lomheim, Terrence (2011). CMOS CCD SENSORS. JCD Publishing.