Foto diodo pin

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2.4.3 Foto diodo PIN 2.4.3.1 Operación del PIN
Introducción Los fotodetectores PIN, son los detectores más comunes en los sistemas de transmisión por fibra óptica. Estos dispositivos se forman con una capa de material semiconductor ligeramente contaminado, que se le llama región intrínseca (i), la cual se coloca entre dos capas de material semiconductor, una N y otra P. Cuando se lesaplica una polarización inversa al fotodetector, se crea una zona desértica (libre de portadores) en la región intrínseca (i), en la cual se forma un campo eléctrico. Es sensible a un gran ancho de banda debido a que no tiene mecanismos de ganancia. En la figura 2.4.14 se muestra la representación esquemática del fotodetector PIN con su circuito externo.

Figura 2.4.14 Representación esquemáticadel fotodetector PIN. Operación del diodo PIN Los fotones entran en la zona intrínseca generando pares electrón–hueco. El diodo se polariza inversamente con el fin de que las cargas generadas en la zona intrínseca sean aceleradas por el campo eléctrico presente. Una típica estructura p-i-n planar tiene como material absorbente de luz, a un compuesto de InGaAs. La región de absorción es fina (3 a 4µm), siendo generalmente, un material tipo n, sobre un sustrato tipo n de fósforo de Indio. La superficie superior está recubierta de un fino aislante, o capa pasiva, para proteger la superficie y reducir la recombinación de electrones y huecos en dicha superficie. En la figura 2.4.15 se muestra una estructura de diodo PIN. Un fotón que llegue a la zona desértica, con energía mayor o igual a ladel material semiconductor, puede perder su energía y excitar a un electrón que se encuentra en la banda de valencia, para que pase a la banda de conducción. Este proceso genera pares electrón-hueco, que se les llama fotoportadores.

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2.4.3.1 Operación del PIN, continuación
Operación del diodo PIN, continuación
p+  (n) Contacto

nE Campo Contacto

Figura 2.4.15 Estructura del detector PIN y distribución del campo eléctrico El fotodetector se diseña para que la mayoría de los fotones se absorban en la zona desértica y se generen fotoportadores, los cuales se separan debido al campo eléctricopresente en esta región. La colección de los fotoportadores genera un flujo de corriente en el circuito externo del fotodetector, a la cual se le conoce como fotocorriente. La construcción del fotodetector PIN típico con anillo de protección, se realiza en obleas de silicio tipo P. En la superficie inferior de la oblea se hace una difusión P+, para facilitar el depósito de los contactos metálicos.En la superficie de la oblea se realiza una difusión N+ con la técnica de fotomascarilla, para asegurar la difusión del área activa y de los contactos. La estructura de un fotodetector de este tipo se muestra en la siguiente figura.

Figura 2.4.16 Estructura de un fotodetector PIN con anillo de protección.

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2.4.3.1 Operación del PIN, continuación
Operación del diodo PIN, continuación El circuito equivalente del fotodetector PIN y la red de carga, se muestra en la siguiente figura. En operación, el dispositivo se comporta como una fuente de corriente que genera una fotocorriente, cuyaexpresión es:

I p  Pin

q
hv

 Pin

q
hc

 Pin R ec.2.4.27

donde: Pin es la potencia óptica incidente en el fotodetector  es la eficiencia cuántica del fotodetector q es la carga del electrón hv es la energía del fotón (h constante de planck, v frecuencia de la luz) v = c/es la frecuencia de la luz c es la velocidad de la luz en el vacío es la longitud de onda R = q/hc...