¿Qué es un fotodiodo?
¿Qué es un fotodiodo?
Definición de fotodiodo
Un fotodiodo se define como un diodo de unión PN que genera corriente cuando se expone a la luz. Esta unión se forma combinando materiales semiconductores de tipo P y N. El material de tipo P tiene portadores de carga positivos adicionales (huecos), mientras que el material de tipo N tiene portadores de carga negativos adicionales (electrones). Cuando estos materiales se encuentran, los electrones de la región de tipo N se mueven hacia la región de tipo P, recombinan con los huecos y crean una región de agotamiento. Esta región actúa como una barrera para la difusión adicional de portadores de carga.
Un fotodiodo tiene dos terminales, un ánodo y un cátodo, que están conectados a las regiones de tipo P y N, respectivamente. El ánodo suele estar marcado con una pestaña o un punto en el paquete del dispositivo. El símbolo de un fotodiodo se muestra a continuación, con dos flechas apuntando hacia la unión para indicar que es sensible a la luz.
Principio de funcionamiento
Cuando un fotodiodo está conectado en polarización inversa a un circuito externo, fluye una pequeña corriente inversa desde el ánodo al cátodo. Esta corriente, conocida como corriente oscura, resulta de la generación térmica de portadores de carga minoritarios en el semiconductor. La corriente oscura no depende del voltaje inverso aplicado, sino que varía con la temperatura y el nivel de dopaje.
Cuando la luz de suficiente energía incide en el fotodiodo, crea pares de electrones-huecos en el material semiconductor. Este proceso también se conoce como el efecto fotoeléctrico interno. Si la absorción de la luz ocurre en o cerca de la región de agotamiento, estos portadores de carga son arrastrados por el campo eléctrico a través de la unión, creando una corriente fotoeléctrica que se suma a la corriente oscura. Así, los huecos se mueven hacia el ánodo y los electrones hacia el cátodo, y la corriente inversa aumenta con la intensidad de la luz.
La corriente fotoeléctrica es proporcional a la intensidad de la luz para una longitud de onda y temperatura específicas. Si la intensidad de la luz es demasiado alta, la corriente fotoeléctrica alcanza un valor máximo llamado corriente de saturación, más allá del cual ya no aumenta. Esta corriente de saturación depende de la geometría del dispositivo y de las propiedades del material.
El fotodiodo puede operar en dos modos: modo fotovoltaico y modo fotoconductor.
Modo fotovoltaico
En el modo fotovoltaico, no se aplica ningún voltaje inverso externo al fotodiodo, lo que lo hace actuar como una célula solar que genera energía a partir de la luz. La corriente fotoeléctrica fluye a través de un cortocircuito o impedancia de carga conectada a los terminales. Si el circuito está abierto o tiene alta impedancia, se acumula un voltaje a través del dispositivo, polarizándolo en directo. Este voltaje, llamado voltaje de circuito abierto, depende de la intensidad y la longitud de onda de la luz.
El modo fotovoltaico aprovecha el efecto fotovoltaico, que se utiliza para producir energía solar a partir de la luz del sol. Sin embargo, este modo tiene algunas desventajas, como una velocidad de respuesta baja, una resistencia en serie alta y una sensibilidad baja.
Modo fotoconductor
En el modo fotoconductor, se aplica un voltaje inverso externo al fotodiodo, y actúa como una resistencia variable que cambia su resistencia con la intensidad de la luz. La corriente fotoeléctrica fluye a través de un circuito externo que proporciona un voltaje de polarización y mide la corriente o el voltaje de salida.
El modo fotoconductor tiene algunas ventajas sobre el modo fotovoltaico, como una alta velocidad de respuesta, una baja resistencia en serie, una alta sensibilidad y un amplio rango dinámico. Sin embargo, este modo también tiene algunas desventajas, como niveles de ruido más altos, mayor consumo de energía y menor linealidad.
Características del fotodiodo
Las características de un fotodiodo describen su rendimiento bajo diferentes condiciones de intensidad de luz, longitud de onda, temperatura, voltaje de polarización, etc. Algunas de estas características son:
Aplicaciones del fotodiodo
Comunicación óptica
Medición óptica
Imágenes ópticas
Conmutación óptica
Generación de energía solar
Conclusión
Un fotodiodo es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en corriente eléctrica. Funciona según el principio del efecto fotoeléctrico interno que crea pares de electrones-huecos cuando los fotones impactan el diodo de unión PN. Un fotodiodo opera en condiciones de polarización inversa y tiene dos modos: modo fotovoltaico y modo fotoconductor. Un fotodiodo tiene diversas características, como responsividad, eficiencia cuántica, respuesta espectral, corriente oscura, resistencia oscura, ruido, linealidad y tiempo de respuesta.
Un fotodiodo tiene muchas aplicaciones en comunicación óptica, medición óptica, imágenes ópticas, conmutación óptica y generación de energía solar. Un fotodiodo se puede utilizar para hacer circuitos de alarma y circuitos contadores detectando la interrupción de haces de luz. Un fotodiodo es un dispositivo versátil y útil que puede detectar y convertir la luz en electricidad.
