Diodos

FOTODIODO
Casi para cada tipo de semiconductor de unión existe un dispositivo óptico análogo que responde a la luz en vez (o en conjunción) de a una señal eléctrica. La primera vez que se observó que un diodo semiconductor era sensible a la luz, tuvo lugar probablemente al observarse un considerable aumento de la corriente de pérdida de un diodo de unión, al exponerlo a la luz. La Figura14muestra el símbolo, la estructura básica y el funcionamiento de un diodo de unión pn de silicio. Cuando son absorbidos por el dispositivo fotones cuya energía es mayor que la del intervalo de energía, se generan pares electrón-hueco. Una de las ventajas principales del dopado es introducir impurezas que originan electrones o huecos muy próximos ala banda de conducción; por tanto se requiere menorenergía para excitar estos estados añadidos hasta la banda de conducción.

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(b) Figura 14. (a) Símbolo. (b) Corte y funcionamiento de un fotodiodo de unión p-n. La generación de pares ocurrirá a varias profundidades, dependiendo de la energía de los fotones y de la naturaleza y grosor de los materiales. Se observa que en la zona dentro de la región desierta no hay prácticamente electroneslibres. En esencia, el dispositivo se asemeja a un condensador en el que la región desierta sirve de dieléctrico y las zonas dopadas actúan como las placas cargadas de un condensador. De aquí que el campo electrostático principal exista dentro de la región desierta y cualquier par electrón-hueco tenderá a separarse (en direcciones opuestas) atraído por la combinación de la tensión en la región desiertay la tensión de polarización inversa aplicada. (Se observará que las polaridades de estas dos tensiones son del mismo sentido.) Si se producen pares electrón-hueco fuera de la zona desierta, tendrán una elevada probabilidad de recombinación, en cuyo caso no habrá fotocorriente disponible. Por tanto, es necesario que la

U2-T3 Fotodiodos -

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parte superior de la capa p sea tan delgada comosea posible y la región desierta efectiva tan ancha como sea posible, para llevar al máximo el rendimiento cuántico. La región desierta puede ensancharse aumentando la polarización inversa del diodo. Aumentando la polarización inversa también disminuye el tiempo de tránsito que tardan los electrones y los huecos en alcanzar los extremos. Las ventajas e inconvenientes de la polarización inversa seanalizarán después de estudiar algunas características básicas de los fotodiodos. La Figura 5 presenta las respuestas espectrales relativas típicas para el Si y para el Ge intrínsecos. El corte, para una longitud de onda de 1,100 y de 1,800 nm, se explica por el hecho de que los intervalos de energía para el Si y el Ge son 1,1 y 0,69 eV, respectivamente. Por lo tanto, se ve que cuanto mayor es lalongitud de onda, los fotones tienen menos energía y pueden pasar a través del fotodiodo sin ser absorbidos, ni producir un par electrón-hueco. La respuesta cae para longitudes de onda cortas (alta energía), al lado del pico de respuesta porque la radiación ultravioleta de alta energía tiende a crear pares más cerca de la parte superior de la superficie p, e incluso con una región p delgada, elpar nunca puede difundirse ala región desierta antes de recombinarse. (La respuesta señalada para el ultravioleta, en la mayoría de los diodos es notablemente más baja que las disponibles actualmente.) La razón es que la mayor parte de las ventanas se hacen de vidrio plano, que tiene un corte en la transición por debajo de los 300 nm. Parte de la hoja, de datos de un fotodiodo PIN se reproduce enla figura 22. A estos datos se hace referencia a lo largo de esta sección para ilustrar las características de varios fotodiodos. En la estructura particular de la figura 15, existe una capa I o intrínseca entre los extremos p y n. Como la región desierta se extiende ligeramente más allá del área dopada, se obtiene una región desierta más ancha con la estructura PIN. El aumento del ancho de la...