Darlongton

TRANSDUCTORES OPTOELECTRONICOS
Hay dos aspectos relacionados con la luz que se utilizan, juntos o separados, para explicar muchos fenómenos relacionados con ella. Fenómenos ópticos, tales como la interferencia y la difracción, se explican con la teoría ondulatoria, en forma similar que con las ondas de radio. Sin embargo, la mayoría de los fenómenos estudiados en este tema se explican mejor conla teoría cuántica, donde se considera la luz como partícula. De acuerdo con esta teoría, la luz consiste en cuantos discretos o paquetes llamados fotones. Estos son partículas sin carga, cada una de las cuales tiene una energía que depende sólo de su frecuencia o longitud de onda, dada por: E = hf = h siendo: E = energía en eV. h = constante de Planck, 4.137 X 10-13 (eV)(s). f = frecuencia, enHz. c = velocidad de la luz, 3X108 m/s. λ = longitud de onda, en m2. Se observará en la Ecuación anterior que cuando la longitud de onda de la luz decrece, su energía aumenta. Este fenómeno se observa en el espectro electromagnético. La energía exacta, asociada con una longitud de onda determinada de luz, puede calcularse usando la ecuación: E (eV ) = 1,240 λ (nm ) c λ

Las unidades de longitud deonda, generalmente se expresan en nanometros (nm) (10-9m), angstroms (Å)(10-8m). La emisión de fotones procedentes de los átomos, obedece también a las ecuaciones anteriores, es decir, cuando un electrón cae de un nivel alto de energía a otro inferior, se emite un fotón cuya energía es igual a la diferencia de energía de los dos niveles. En la Figura 1 se muestran las líneas características deemisión en tales transiciones, para varios elementos. Los fotones también son absorbidos en una variedad de materiales. Si la energía de un fotón entrante es superior al intervalo de energía inherente del material, los electrones de valencia del material pueden ser excitados a la banda de conducción, con lo cual se crean electrones y huecos libres, portadores de corriente. Este proceso es elfuncionamiento básico de los fotodetectores. La Tabla 1 muestra el intervalo típico de energía para varios materiales, entre los usados para la fabricación de fotodetectores. También es conveniente hacer referencia a la absorción de fotones en distintos materiales fotoconductores. La absorción de fotones se refiere mas bien a su atenuación que al proceso de conversión en otra forma de energía. Cuando unfotón que viaja a la velocidad de la luz choca con un átomo, se aniquila y toda su energía se transfiere al átomo. Por tanto, un simple fotón, no importa con cuánta energía, no puede crear más que un par electrón-hueco. Sin embargo, si el par es de una energía adecuada, puede crear más portadores por colisión con otros átomos.

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Tabla 1. Intervalo de energía ópticapara Varios materiales fotodetectores.

Figura 1. espectro de emisión atómica de Los elementos.

Alguna energía de un fotón puede transformarse en calor, pero es más importante considerar el caso en que el fotón con una energía adecuada es absorbido en la estructura de un fotodetector y libera un electrón de valencia, completando así la conversión de energía radiante en energía eléctrica. Elcoeficiente de absorción se define como la medida del promedio de disminución de la intensidad del haz de fotones, al pasar por una determinada sustancia. La Figura 2 muestra un gráfico del coeficiente de absorción para el silicio. Para explicar las unidades del coeficiente de absorción se hace referencia a la fórmula de la intensidad de atenuación y a un simple ejemplo. La intensidad final de unhaz de luz que atraviesa un medio es: I = Io e-ax

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siendo, I = intensidad a una distancia x de la superficie (o de otro punto de referencia). Io = intensidad de la luz incidente. a = coeficiente de absorción, cm-1. x = distancia recorrida en el material, cm.

Figura 2. Coeficiente de absorción del silicio. La transmisión es I/Io. Con relación a la Fig. 2 se...