Tecnología De Los fotodiodos – Desarrollo, Tipos Y Fundamentos.

La tecnología de fotodiodos tiene muchas aplicaciones en la industria electrónica. Los fotodiodos se utilizan como detectores de luz en muchas aplicaciones que van desde las unidades de CD/DVD hasta las comunicaciones ópticas y las alarmas antirrobo, pasando por la detección de luz en general.

La tecnología de fotodiodos es sencilla y, sin embargo, puede proporcionar niveles muy altos de rendimiento. Se pueden alcanzar velocidades de 30GHz y más utilizando la tecnología de fotodiodo adecuada, lo que permite utilizarla para la transmisión óptica de datos a muy alta velocidad.

Desarrollo del fotodiodo

Los desarrollos de la tecnología de fotodiodos surgieron de los desarrollos básicos del diodo de unión PN que comenzaron en la década de 1940 en serio. Las aplicaciones para el uso del diodo de unión PN se encontraron fuera del uso básico de las señales rectificadoras. Se encontró que podían ser utilizados para muchas aplicaciones fotónicas – fotodiodos, células solares y emisión de luz.

La tecnología de los fotodiodos se perfeccionó en los años 50 y en la última parte de esa década se desarrolló el fotodiodo PN. La absorción de la luz en la amplia zona de agotamiento de la estructura del PIN se investigó por primera vez en un artículo publicado en 1959 por Gartner. Aunque el silicio ha sido el material preferido para los fotodiodos, también se puede utilizar el germanio, y su uso fue demostrado por primera vez en 1962 por Riesz.

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Si bien la tecnología de fotodiodos PIN ha sido el formato más utilizado para los diodos, también se demostraron otros tipos, incluido el diodo de avalancha. El primer paso en este camino lo dieron en 1953 McAfee y McKay, quienes abordaron por primera vez el concepto de multiplicación de avalanchas y posteriormente aparecieron trabajos sobre fotodiodos de avalanchas en 1963 y en los años siguientes.

También se ha abordado otra forma de fotodiodo, llamada el fotodiodo Schottky. Algunas de las primeras investigaciones sobre fotodetectores de contacto puntual parecen haberse realizado alrededor de 1962, y también se estudiaron diodos posteriores que utilizaban películas de metales evaporados.

Símbolo del fotodiodo

El símbolo del fotodiodo utiliza el símbolo del diodo básico pero con la adición de dos flechas mostradas apuntando hacia el dispositivo. Esto indica la dirección de la luz, es decir, que golpea el dispositivo. El símbolo del fotodiodo es similar al del diodo emisor de luz, pero con las flechas en la dirección opuesta por razones obvias.

Símbolo del fotodiodo

Tipos de fotodiodo

Aunque el término “fotodiodo” se utiliza ampliamente, en realidad hay varios tipos diferentes de tecnología de fotodiodos que pueden utilizarse. Como ofrecen diferentes propiedades, las diferentes tecnologías de fotodiodo se utilizan en diferentes áreas.

  • Fotodiodo PN: El fotodiodo PN fue la primera forma de fotodiodo que se desarrolló. Su rendimiento no es tan avanzado como algunos de los otros tipos y, por lo tanto, su uso es menor ahora que antes.
  • Fotodiodo PIN: El fotodiodo PIN es una de las formas de fotodiodo más utilizadas hoy en día. El fotodiodo PIN recoge los fotones de luz de manera más eficiente que el fotodiodo PN más estándar debido a que la amplia área intrínseca entre las regiones P y N permite que se recoja más luz, y además de esto también ofrece una menor capacitancia.
  • Fotodiodo de avalancha: La tecnología del fotodiodo de avalancha se utiliza en áreas de poca luz debido a sus altos niveles de ganancia. Contra esto produce altos niveles de ruido. Por consiguiente, esta tecnología de fotodiodo no es adecuada para todas las aplicaciones.
  • Fotodiodo Schottky: El fotodiodo Schottky está basado en el diodo Schottky. La pequeña unión del diodo significa que hay muy poca capacitancia de unión y esto significa que puede operar a altas velocidades. Como resultado, esta forma de fotodiodo se utiliza a menudo en sistemas de comunicación óptica de gran ancho de banda, por ejemplo, enlaces de fibra óptica.

Cada tipo de tecnología de fotodiodo tiene sus propias ventajas y desventajas y esto significa que el tipo real de fotodiodo puede ser elegido para una aplicación determinada. Al elegir el tipo de tecnología de fotodiodos más aplicable a una situación determinada pueden tenerse en cuenta parámetros como el ruido, las limitaciones de polarización inversa, la ganancia y la longitud de onda. Con los fotodiodos PIN, PN, de avalancha y Schottky todos disponibles, se puede hacer una elección informada para asegurar que se utilice la tecnología de fotodiodo óptima.

Fundamentos de los fotodiodos

Aunque los diferentes tipos de fotodiodo funcionan de maneras ligeramente diferentes, la base de funcionamiento de la tecnología de fotodiodos sigue siendo la misma a pesar de los diferentes tipos de diodo utilizados.

Para explicar cómo funciona la tecnología de fotodiodos, es necesario considerar la luz en términos de fotones o paquetes de luz.

Cuando un fotón de suficiente energía entra en la región de agotamiento de un diodo semiconductor, puede golpear un átomo con suficiente energía para liberar el electrón de la estructura atómica. Esto crea un electrón libre y un agujero (es decir, un átomo con un espacio para un electrón). El electrón está cargado negativamente, mientras que el agujero está cargado positivamente.

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Los electrones y los agujeros pueden permanecer libres, u otros electrones pueden combinarse con los agujeros para formar átomos completos de nuevo en la red cristalina. Sin embargo, es posible que los electrones y los agujeros permanezcan libres y sean alejados de la región de agotamiento por un campo externo. De esta manera la corriente a través del diodo cambiará y se producirá una fotocorriente dentro del fotodiodo.

La tecnología de fotodiodos está bien establecida y es ampliamente utilizada. Hay muchos diodos de muy alto rendimiento disponibles y la tecnología exacta de los fotodiodos puede ser elegida para cualquier situación dada. Están disponibles los tipos de fotodiodo PN, Avalanche, PIN y Schottky.

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