dispositivos
Páginas: 8 (1948 palabras)
Publicado: 18 de noviembre de 2013
DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
Introducción:
Este apunte es una introducción general y elemental a diversos dispositivos opto electrónicos. Esta clase de dispositivos permiten convertir señales ópticas en señales electrónicas, o viceversa. Sus aplicaciones son muy extensas y variadas, pero fundamentalmente se aplican en circuitos de comunicaciones, sistemas de señalización, productos deconsumo masivo, tecnología espacial y física de partículas.
Los dispositivos que serán analizados son los siguientes:
Fotodetectores:
Fotodiodo
Fotodiodo PIN
Fotodiodo de Avalancha
Fototransistor
Fotoacoplador
Fotoresistencia (LDR)
Sensores de Imagen:
Sensor CCD
Sensor CMOS
Celda Fotoeléctrica o Fotovoltaica
Dispositivos generadores de Luz:
Diodo emisor de Luz (LED)Diodo láser
Displays LCD
Fotodiodo
Un fotodiodo es un diodo PN construido de modo tal que la luz pueda alcanzar la juntura PN y generar portadores debido al efecto fotoeléctrico. De este modo, se producirá una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de la luz incidente.
El símbolo del fotodiodo se ilustra en la figura de la derecha.
El funcionamiento del fotodiodoradica en la separación de los pares electrón-hueco generados por la radiación que atraviesa la zona desierta de la juntura PN. El campo eléctrico de presente en la juntura es el que inhibe una rápida recombinación de los pares generados que son arrastrados hasta las regiones cuasi-neutrales generando así una corriente eléctrica neta.
Esquema defuncionamiento de un fotodiodo
Al polarizar inversamente el fotodiodo la corriente generada ópticamente puede ser fácilmente detectada, ya que su magnitud es superior a la corriente de fuga inversa del diodo. En este contexto, la corriente de fuga inversa del diodo, que está presente aún en ausencia de luz, se denomina “corriente de oscuridad”.
El material empleado en la fabricación delfotodiodo define sus propiedades de absorción de luz, según se aprecia en la siguiente Tabla:
Material
Longitud de onda (nm)
Silicio
190–1100
Germanio
800–1700
Indio galio arsénico
(InGaAs)
800–2600
sulfuro de plomo
1000-3500
Diodo PIN
Un diodo PIN es un diodo con una región ancha de semiconductor intrínseco entre las zonas tipo P y tipo N. El diodo PIN obedece la ecuación del diodo dejuntura PN solamente para señales muy lentas. A altas frecuencias el diodo PIN se asemeja a un resistor casi ideal.
En un diodo PIN la región de vaciamiento se extiende casi exclusivamente dentro de la región intrínseca debido al “efecto de juntura asimétrica”. Esta zona de vaciamiento es además mucho más
grande que en un diodo PN y básicamente constante en tamaño,independientemente de la polarización aplicada al diodo. Esto implica que
el diodo PIN tiene una mayor área en la cual se pueden generar los pares
electrón hueco debido al efecto fotoeléctrico. Por esta razón, y debido a su alta velocidad de respuesta, muchas veces se utilizan fotodetectores PIN para aplicaciones optoelectrónicas.
Fotodiodo de avalancha
Los fotodiodos de avalancha (APD, AvalanchePhotodiode) son fotodetectores especialmente diseñados para medir luz de muy baja intensidad. En los APD la luz externa incide en una zona intrínseca, generando portadores libres, al igual que en un fotodiodo PIN. Pero estos portadores son luego acelerados por un campo eléctrico muy intenso, provocando un efecto de “avalancha” debido al cual cada portador original es acelerado y al
chocar conla red provoca la creación de nuevos portadores. El voltaje de polarización inversa es típicamente de 100-200 V y la ganancia por efecto
de avalancha es del orden 100 veces.
Algunos APD de silicio emplean un dopaje alternativo y otras técnicas que permiten aplicar un voltaje mayor (>1500V) antes de alcanzar el efecto de avalancha y, por tanto, una ganancia mayor (>1000). En general, cuanto...
DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
Introducción:
Este apunte es una introducción general y elemental a diversos dispositivos opto electrónicos. Esta clase de dispositivos permiten convertir señales ópticas en señales electrónicas, o viceversa. Sus aplicaciones son muy extensas y variadas, pero fundamentalmente se aplican en circuitos de comunicaciones, sistemas de señalización, productos deconsumo masivo, tecnología espacial y física de partículas.
Los dispositivos que serán analizados son los siguientes:
Fotodetectores:
Fotodiodo
Fotodiodo PIN
Fotodiodo de Avalancha
Fototransistor
Fotoacoplador
Fotoresistencia (LDR)
Sensores de Imagen:
Sensor CCD
Sensor CMOS
Celda Fotoeléctrica o Fotovoltaica
Dispositivos generadores de Luz:
Diodo emisor de Luz (LED)Diodo láser
Displays LCD
Fotodiodo
Un fotodiodo es un diodo PN construido de modo tal que la luz pueda alcanzar la juntura PN y generar portadores debido al efecto fotoeléctrico. De este modo, se producirá una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de la luz incidente.
El símbolo del fotodiodo se ilustra en la figura de la derecha.
El funcionamiento del fotodiodoradica en la separación de los pares electrón-hueco generados por la radiación que atraviesa la zona desierta de la juntura PN. El campo eléctrico de presente en la juntura es el que inhibe una rápida recombinación de los pares generados que son arrastrados hasta las regiones cuasi-neutrales generando así una corriente eléctrica neta.
Esquema defuncionamiento de un fotodiodo
Al polarizar inversamente el fotodiodo la corriente generada ópticamente puede ser fácilmente detectada, ya que su magnitud es superior a la corriente de fuga inversa del diodo. En este contexto, la corriente de fuga inversa del diodo, que está presente aún en ausencia de luz, se denomina “corriente de oscuridad”.
El material empleado en la fabricación delfotodiodo define sus propiedades de absorción de luz, según se aprecia en la siguiente Tabla:
Material
Longitud de onda (nm)
Silicio
190–1100
Germanio
800–1700
Indio galio arsénico
(InGaAs)
800–2600
sulfuro de plomo
1000-3500
Diodo PIN
Un diodo PIN es un diodo con una región ancha de semiconductor intrínseco entre las zonas tipo P y tipo N. El diodo PIN obedece la ecuación del diodo dejuntura PN solamente para señales muy lentas. A altas frecuencias el diodo PIN se asemeja a un resistor casi ideal.
En un diodo PIN la región de vaciamiento se extiende casi exclusivamente dentro de la región intrínseca debido al “efecto de juntura asimétrica”. Esta zona de vaciamiento es además mucho más
grande que en un diodo PN y básicamente constante en tamaño,independientemente de la polarización aplicada al diodo. Esto implica que
el diodo PIN tiene una mayor área en la cual se pueden generar los pares
electrón hueco debido al efecto fotoeléctrico. Por esta razón, y debido a su alta velocidad de respuesta, muchas veces se utilizan fotodetectores PIN para aplicaciones optoelectrónicas.
Fotodiodo de avalancha
Los fotodiodos de avalancha (APD, AvalanchePhotodiode) son fotodetectores especialmente diseñados para medir luz de muy baja intensidad. En los APD la luz externa incide en una zona intrínseca, generando portadores libres, al igual que en un fotodiodo PIN. Pero estos portadores son luego acelerados por un campo eléctrico muy intenso, provocando un efecto de “avalancha” debido al cual cada portador original es acelerado y al
chocar conla red provoca la creación de nuevos portadores. El voltaje de polarización inversa es típicamente de 100-200 V y la ganancia por efecto
de avalancha es del orden 100 veces.
Algunos APD de silicio emplean un dopaje alternativo y otras técnicas que permiten aplicar un voltaje mayor (>1500V) antes de alcanzar el efecto de avalancha y, por tanto, una ganancia mayor (>1000). En general, cuanto...
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