FOTODIODO 1

OPTOELECTRÓNICA I
DETECTORES DE JUNTURA P-N:
Veamos inicialmente el comportamiento de la JPN ante la incidencia de fotones.
Queremos que los fotones actúen en la zona de deplexión. Por lo tanto hacemos
la zona p+ muy delgada para que los fotones la atraviesen con cierta facilidad. En
la fig. 1 se observa una representación corpuscular de la Juntura PN. En la fig.2 se
observa la zona de cargaespacial, el campo eléctrico y el potencial en función de
la distancia “x”.

Fig. 1 Esquema de la juntura PN

Fig. 2 Zona de carga espacial, campo eléctrico y potencial en la zona de
deplexión.

En la fig.3 se detalla la construcción real de esta juntura, la cual constituye un
fotodiodo.

Fig. 3 Fotodiodo planar de Si.

Si los fotones incidentes tiene una energía E=h.f mayor o igual que Eg (energíade
la banda prohibida), el fotón penetra en el semiconductor (SC) generando un par
electrón-hueco. El campo de la zona de carga espacial arrastra a los portadores
como minoritarios, o sea a los huecos los devuelve hacia la zona p y a los
electrones los retorna hacia la zona N. En este sentido, los fotones que penetran
en el fotodiodo hasta la zona de deplexión generan pares electrón-hueco que soninmediatamente separados por el campo eléctrico. Aumentando así la
concentración de huecos en la zona P y la de electrones en la zona N. Todo esto
es como si disminuyese la barrera de potencial de equilibrio.
Si hacemos un cortocircuito exterior circulará una corriente originada por este
efecto (fotocorriente).
Si al fotodiodo bajo condiciones de iluminación lo dejamos en circuito abierto,
apareceen bornes un potencial, que es el potencial fotovoltaico.
Los portadores que son generados fuera de la zona de deplexión, deben primero
difundirse hacia la juntura deben primero difundirse hacia la juntura para luego ser
arrastrados por el campo. Si se recombinan antes son perdidos por la
fotocorriente.
Así, la fotocorriente consta de un término debido al campo eléctrico de la región de
cargaespacial y a una corriente de difusión de las zonas neutras.

La fotocorriente IP (llamada también corriente fotónica por originarse en los
fotones incidentes) es, en el caso de que la zona p+ sea mucho más delgada que
la profundidad de penetración 1/αλ de las radiaciones:
‫ ܲܫ‬ൌ ݁. ߔ௣ ൛1 െ ൣexpሺെαλ . wሻ /ሺ1 ൅ αλ . L୮ ሻ൧ൟ
Donde:
•
•
•
•

αλ : coeficiente de absorción, depende de la longitud de ondade la radiación
incidente.
L୮ : longitud de difusión de huecos en la zona N.
ߔ௣ : flujo de fotones.

‫ݓ‬: ancho de la zona de deplexión.

Un modelo circuital equivalente de cual se puede deducir las propiedades de la
célula se muestra en la fig.4
Fig.4 Circuito equivalente de un fotodiodo.

El flujo Φ incidente genera una corriente IP, la cual es proporcional al mismo y
además es función de w y deλ de la radiación incidente. en la relación entre IP e
IL (corriente por RL) se debe considerar además las corriente por la Rsh, por el
diodo por la C. Por ello, en general será, de acuerdo al circuito equivalente:
‫ ܲܫ‬ൌ ‫ ܦܫ‬൅ ‫ ܪܵܫ‬൅ ‫ ܥܫ‬൅ ‫ܮܫ‬
Despreciando las corrientes ISH e IC (en el caso RL< o de baja frecuencia):
‫ ܲܫ‬ൌ ‫ ܦܫ‬൅ ‫ܮܫ‬
Por lo tanto es IL: corrienteen la carga o de salida, viene dada por la ecuación
siguiente:
ܸ‫ܦ‬
‫ ܮܫ‬ൌ ‫ ܲܫ‬െ ‫ ܵܫ‬൤exp ൬
൰ െ 1൨
ߟ்ܷ

Donde el segundo término es la corriente del diodo ID, con
•
•
•
•

IS: corriente de saturación.
VD: tensión del diodo.
UT: tensión térmica=k.T/q
ߟ: parámetro experimental (mide inyección de alto nivel y otros efectoes.
Varía entre 1y3).

Las propiedades de este fotoelemento se caracterizanprincipalmente por su
tensión de vacio y su corriente de cortocircuito.
En condiciones de cortocircuito:
VD=0

IL=IP=I(cortocircuito)=fotocorriente=ICC

En este caso observamos que la corriente de salida es directamente IP, la
fotocorriente, o sea proporcional al flujo radiante incidente Φ, y siendo Φ=E.A se
puede usar perfectamente este dispositivo como medidor de irradiancia.
En condiciones de...

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