Fotodiodo: Variedades, Desarrollo, Funcionamiento, Modos, Eficiencia y Funciones

Qué es un fotodiodo? Imagen, Circuito, Desarrollo, Variedades, Trabajo, Trazos, Modos, Eficiencia y Funciones

Un fotodiodo es un tipo de fotosensor o sensor blando basado en un semiconductor que se utiliza para detectar y medir la profundidad de la luz solar. Se utiliza dentro de la utilidad basada en la luz y se utiliza para gestionar varias unidades eléctricas diferentes. Este texto cubre de cerca los fundamentos del fotodiodo y sus numerosos tipos.

Qué es el fotodiodo

Un fotodiodo es un tipo de diodo que convierte la energía suave en energía eléctrica. Se trata básicamente de un sensor de peso ligero que genera un regalo eléctrico cuando la energía suave cae sobre él. También se conoce generalmente como detector de peso ligero, sensor suave o fotosensor. El fenómeno por el que la energía solar se transforma en energía eléctrica se conoce como impacto fotovoltaico. Una célula fotovoltaica o panel fotovoltaico está formado por un conjunto de fotodiodos, también llamados células fotovoltaicas, que convierten la energía fotovoltaica en energía eléctrica presente.

Es un aparato semiconductor formado por una unión PN. Un semiconductor de tipo P y un semiconductor de tipo N se unen con una capa intrínseca adicional entre ellos. Está diseñado para funcionar en situaciones de polarización inversa, es decir, el aspecto P del fotodiodo está relacionado con el desfavorable, mientras que el aspecto N está relacionado con el terminal optimista de la batería.

El tejido utilizado para fabricar fotodiodos no se limita al silicio, el germanio o el arseniuro de indio y galio. El tipo de materiales y el enfoque de los dopantes determinan los parámetros de eficiencia del fotodiodo que recuerdan el tiempo de respuesta, la sensibilidad, la tensión de ruptura, la presencia de oscuridad y las ventajas de precio.

Tiene una unión extremadamente delicada o, en algunos casos, la zona intrínseca que genera el par electrón-hueco cuando se golpea ligeramente. La unión se descubre utilizando una lente de ventana para el incidente suave. Se genera una corriente eléctrica proporcional a la profundidad de la luz solar que incide sobre ella. Este fenómeno se conoce como impacto fotovoltaico.

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Imagen del fotodiodo

La imagen de un fotodiodo es estrictamente como la de un diodo emisor de luz LED con rayos de luz solar cayendo sobre él, como se demuestra en la siguiente determinación.

Tiene dos terminales, el ánodo y el cátodo. El ánodo es el terminal más largo, mientras que el cátodo es el terminal más corto.

Desarrollo

Un fotodiodo típico está formado por dos capas de semiconductores de tipo P y de tipo N, unidas colectivamente para escribir una unión PN. Al tratarse de un sensor blando, la unión se descubre para los rayos suaves enmascarándola con un cristal o una lente óptica. La lente aumentará el espacio del suelo para recoger los rayos de luz adicionales y aumentar su profundidad. La parte restante del fotodiodo está cubierta por una capa negra o metalizada. A continuación se presenta la construcción de un fotodiodo.

La determinación dada revela la construcción en sección transversal de un fotodiodo PN típico. Consiste en la adhesión a dos estratos P y N. Los materiales de tipo P están uniformemente dopados, mientras que los de tipo N están estrechamente dopados. La transformación de un miembro de estas dos capas es un área como resultado del movimiento de los iones (+) de los materiales tipo P y del movimiento de los iones (-) de los materiales tipo N. Esta zona está liberada de cualquier portador de costes. Sin embargo, puede haber un tema eléctrico en toda esta zona de agotamiento. Este sujeto eléctrico es recargable para el movimiento del presente en un solo curso cuando se genera un par de agujeros de electrones. Por eso los fotodiodos están polarizados en sentido inverso o no están polarizados en ningún sentido. Una polarización previa puede dañar completamente el fotodiodo. La zona viva de P+ está cubierta con una capa antirreflectante AR o con vidrio, mientras que el resto físico está metalizado o pintado de negro. Se utilizan contactos de acero para los cátodos y ánodos.

El aspecto de la entrada del diodo puede etiquetarse en zonas animadas y no activas. La zona viva, porque identifica la recomendación, es el ámbito donde la energía solar se convierte en energía eléctrica, por lo que está recubierta de materiales antirreflectantes para absorber la mayor parte de las gotas suaves que caen sobre ella. El espacio no activo se cubre con la capa de SiO2.

Funcionamiento de un fotodiodo

Un fotodiodo PN es muy parecido a un diodo de unión PN estándar. Cuando un diodo de unión PN está en polarización inversa, el área de agotamiento aumenta. Se generan portadores de coste menor que representan el presente inverso del diodo. Este presente inverso es directamente proporcional a la tensión inversa utilizada.

Del mismo modo, dentro del fotodiodo, hay una distinción de potencial incrustada en toda la zona de agotamiento. Cuando un rayo de luz o un fotón de potencia suficiente (hv) mejor que un agujero de potencia (Eg) cae sobre la unión del fotodiodo, desplaza o retira un electrón de su banda de valencia a la banda de conducción. El electrón deja una zona vacía denominada agujero, generando así un par electrón-hueco. Este fenómeno puede denominarse impacto fotovoltaico interno. Bajo el efecto de un sujeto eléctrico incorporado, el electrón y el agujero golpean en sentido inverso, es decir, el electrón golpea hacia el cátodo y la salida golpea hacia el ánodo. Este presente se conoce como foto-corriente y es directamente proporcional a la profundidad de la gota blanda.

Sin embargo, en los fotodiodos puede haber un movimiento presente incluso cuando no hay suministro de luz ni caen fotones en su unión. Este regalo se llama regalo oscuro. Esto puede ser muy pequeño en microamperios. Se asemeja al don de fuga de cualquier diodo de unión PN estándar. Es la presencia no deseada en la polarización inversa, que varía directamente con la temperatura y tiene que reducirse para tener una alta sensibilidad del fotodiodo. El presente completo de cualquier fotodiodo es la suma de la fotocorriente y el presente oscuro.

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Modos del fotodiodo

Un fotodiodo puede funcionar en los tres modos siguientes.

• Modo fotovoltaico
• Modo fotoconductor
• Modo de diodo de avalancha

Modo fotovoltaico

Este modo también se llama Modo de polarización cero ya que no hay ninguna fuente de tensión externa o de polarización relacionada con el fotodiodo. Cuando el fotón o el fotón llega a la zona de agotamiento, se genera un par electrón-hueco que ataca erróneamente desde la unión por debajo del efecto del sujeto eléctrico incorporado. En consecuencia, se genera un presente si se relaciona en un circuito cerrado o se genera una posible distinción entre el cátodo y el ánodo si se trata de un circuito abierto.

En el caso de un circuito abierto, se genera una tensión de polarización hacia delante proporcional a la profundidad del sol que cae sobre la zona viva a través de su ánodo y cátodo. Esta tensión está en modo de polarización hacia delante porque el potencial en el ánodo es mayor que el del cátodo.

En el caso de un circuito cerrado, un presente por delante fluye a través del circuito. Este presente por delante es igual a la suma de la fotocorriente y el presente oscuro. Este fenómeno se llama impacto fotovoltaico y es el principal responsable del funcionamiento de las células fotovoltaicas.

El modo fotovoltaico proporciona una variación actual de bajo nivel (baja variación dinámica) con una tensión no lineal. Se utiliza en funciones de baja frecuencia y bajo nivel de suavidad. Este modo tiene un bajo nivel de ruido digital. Pero ciertamente tiene un tiempo de respuesta lento debido a la mayor parte de la capacitancia de la unión a causa del sistema insensible.

Modo fotoconductor

En el modo fotoconductor, el fotodiodo está sesgado en sentido inverso, es decir, su ánodo está relacionado con el terminal desfavorable y el cátodo con el terminal optimista de la pila o el cátodo está a un potencial más alto con respecto al ánodo. Debido a este hecho, este modo también se llama modo de polarización inversa.

Como consecuencia de la polarización inversa, el área de agotamiento se expande y varía directamente con el aumento de la tensión inversa. Como consecuencia del enorme espacio, los portadores de costes adicionales se recogen en breve desde el cruce. Además, reduce la capacidad de la unión, lo que hace que el tiempo de respuesta sea mucho más rápido.

En el modo fotoconductor, además de la fotocorriente, puede haber otro presente denominado presente oscuro dentro del camino inverso. La oscuridad presente es el resultado de una tendencia inversa dentro de la ausencia de luz solar. Depende enormemente de la temperatura y varía directamente con ella. Además, depende del tipo de materiales y de la superficie habitable del fotodiodo. Es un regalo indeseable que genera ruido eléctrico.

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Modo Avalancha

En el modo de avalancha, el fotodiodo está relacionado con una tensión de polarización inversa excesiva. La tensión inversa excesiva aumentará la anchura de agotamiento y el potencial a través de ella. Como consecuencia del potencial excesivo, el par electrón-hueco fluye con la mayor parte de la velocidad golpeando átomos adicionales en su camino, lo que provoca una foto-corriente adicional. Debido a este hecho, el modo de avalancha tiene un alcance interno y una capacidad de respuesta excesivos.

Circuito de fotodiodos

Cuando el fotodiodo se utiliza en un circuito exterior, se usa principalmente en situaciones de polarización inversa. El ánodo está relacionado con el desfavorable o tierra y el cátodo del fotodiodo está relacionado con el terminal optimista de la batería, como se demuestra dentro de lo determinado a continuación.

El fotodiodo no puede dar energía a ningún aparato digital porque el presente generado por sí mismo es extraordinariamente pequeño. Debido a este hecho, se utiliza un suministro de influencia para ampliar la corriente suministrada a la carga.

Eficacia cuántica del fotodiodo

La eficacia cuántica es la fracción de fotones incidentes que pueden ser absorbidos por el fotodiodo y generar electrones. En otras palabras, la eficacia cuántica se define como la fracción de fotones incidentes que contribuye a la fotocorriente. Es directamente proporcional a la reactividad.

La eficacia cuántica puede maximizarse disminuyendo la reflexión mediante un revestimiento antirreflectante. Depende en gran medida de la longitud de onda del incidente suave. La eficacia cuántica puede ser muy excesiva, hasta el 95%.

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Parámetros de eficiencia

La eficacia del fotodiodo depende principalmente de los siguientes parámetros.

Tiempo de respuesta

El tiempo de respuesta de un fotodiodo se puede perfilar como el tiempo que tarda un proveedor de costes en atravesar la unión. Depende enormemente de la capacidad de la unión. Mientras que la capacitancia de la unión depende de la anchura de la unión. Cuanto mayor sea la anchura de la unión, menor será su capacidad y el tiempo de respuesta. Para ofrecer una mayor eficacia, el tiempo de respuesta se mantiene al mínimo.

Capacidad de respuesta

La responsividad es la relación entre la fotocorriente generada por el incidente suave y la energía precisa del incidente suave. La unidad de respuesta es A/W (presente/energía). La capacidad de respuesta es mayor para proporcionar una mayor eficiencia.

Presente oscuro

El presente oscuro es el presente dentro del fotodiodo en polarización inversa cuando no hay suavidad. Es muy similar a la fuga inversa presente en un diodo de unión PN estándar. Es vitalmente pequeño, suele medirse en microamperios. Sin embargo, es mínimo en modo no sesgado o sesgado. Varía directamente con el cambio de temperatura. La oscuridad actual provoca ruido digital en el sistema. Debido a este hecho se ahorra un mínimo para proporcionar una mayor eficiencia.

Tensión de ruptura

La tensión de ruptura es la máxima tensión inversa que puede tolerar un fotodiodo. Si la tensión utilizada supera la tensión de ruptura, la fuga inversa presente u oscura aumentará exponencialmente y el diodo se romperá por completo. Los fotodiodos deben funcionar por debajo de esta etapa. La tensión de ruptura disminuye con el aumento de la temperatura.

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VI Trazos del fotodiodo

La curva de los trazos del VI revela la conexión entre la tensión y la presencia de un artilugio. El eje horizontal o eje x representa la tensión, mientras que el eje vertical o eje y representa el presente por el aparato. Debajo se da la curva de atributos del fotodiodo.

Como todos sabemos que el fotodiodo funciona en polarización inversa, debido a este hecho la gráfica es entre la tensión inversa y el presente inverso. La tensión inversa se representa en el eje x desfavorable, mientras que la presencia inversa se representa en microamperios en el eje y desfavorable.

El presente inverso no difiere con un cambio dentro de la tensión inversa. Sin embargo, el presente inverso aumentará con el incremento de la profundidad del leve incidente. En la profundidad cero suave o no suave, no hay un presente inverso importante, salvo un presente fijo realmente pequeño denominado presente oscuro. A medida que aumenta la profundidad del sol, el presente inverso aumentará linealmente

Variedades de fotodiodos

Hay varios tipos de fotodiodos disponibles. Todas ellas funcionan con el mismo precepto primario. Cada uno de ellos está especialmente diseñado para tener al menos un parámetro mejorado, como la velocidad excesiva, el bajo ruido, la eficacia excesiva y muchos otros. A continuación se enumeran algunos de los fotodiodos probablemente más utilizados

Fotodiodo PN

El fotodiodo PN es el principal tipo de fotodiodo divulgado. Tiene una única unión PN idéntica a la de cualquier diodo estándar. Tiene una pequeña zona de agotamiento que puede ampliarse utilizando la tensión inversa. Dado que la anchura de la unión determina la capacidad de la unión, el aumento de la anchura reducirá la capacidad, pero la polarización inversa aumentará además el movimiento del presente indeseable denominado presente oscuro. Esto crea ruido eléctrico en el sistema. Es más bajo en la medición, con un tiempo de respuesta y una sensibilidad decrecientes. No parece que se hayan utilizado mucho debido a la mejora del fotodiodo PIN.

Fotodiodo PIN

El fotodiodo PIN o P-I-N es un tipo de fotodiodo que básicamente es un tipo de fotodiodo PN modificado y más ecológico. Se desarrolla insertando un material semiconductor intrínseco entre los materiales de tipo P y N. Los materiales intrínsecos son materiales extremadamente resistentes que aumentan su eficiencia, lo que recuerda a la velocidad, la presencia y la eficacia.

Construcción

Es el producto de tres capas de materiales semiconductores tipo P, tipo N e intrínsecos. La capa intrínseca se intercala entre la capa de tipo P y la de tipo N para escribir dos uniones de tipo P-I e I-N, como se demuestra a continuación.

El semiconductor intrínseco es el tipo puro de semiconductor que tiene la misma cantidad de electrones y de huecos. Debido a este hecho, en un semiconductor intrínseco no hay portadores de coste alguno. Mientras que un semiconductor de tipo P y de tipo N se forma por la inclusión de impurezas completamente diferentes dentro de los materiales intrínsecos. El semiconductor de tipo P tiene huecos como portadores de coste mayoritario, mientras que el de tipo N tiene electrones como portadores de coste mayoritario.

Trabajando

La capa intrínseca aumentará el espacio de agotamiento. Aumentará aún más con el dispositivo de tensión inversa. La capa P está relacionada con el terminal desfavorable y la capa N está relacionada con el terminal optimista del suministro de tensión. Los portadores a granel dentro de la capa P y la capa N son arrastrados en instrucciones inversas. La anchura de agotamiento aumentará con un aumento de la tensión inversa hasta que sea igual a la capa intrínseca. En este segundo la capa intrínseca se libera de cualquier portador de coste libre.

Al ampliarse la zona de agotamiento, se utilizan muchos de los incidentes de luz o fotones y generan una gran variedad de pares electrón-hueco. Los electrones generados en la zona intrínseca golpean hacia la capa P y los huecos se transfieren hacia la capa N permitiendo el movimiento del presente eléctrico.

La capa intrínseca tiene muchas ventajas. Aumentará la anchura de la zona de agotamiento. Aumentará la superficie habitable o el ámbito sobre el que caiga suavemente, debido a este hecho, aumentará la eficiencia. La gran área de agotamiento permite una tecnología extra de pares electrón-hueco, lo que conduce a una foto-corriente extra. Además, reduce la capacitancia de la unión, lo que aumenta la velocidad del fotodiodo. Pero ciertamente requiere una tensión de polarización inversa excesiva, que además crea ruido eléctrico en el sistema.

Beneficios

• Su eficacia es mayor que la del fotodiodo PN.
• Su tiempo de respuesta es más rápido que el del fotodiodo PN.
• Es adecuado para las funciones de alta frecuencia en los circuitos digitales.
• Es más delicado que el fotodiodo PN.
• Tiene un mayor ancho de banda.

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Fotodiodo de avalancha

El fotodiodo de avalancha es otro tipo de fotodiodo que tiene un precepto de funcionamiento análogo, pero que ciertamente proporciona un presente excesivo conseguido por la ionización de la impresión. La ionización por influencia es el fenómeno que se produce cuando un proveedor de costes con suficiente energía cinética choca con diferentes átomos y elimina los electrones creando portadores de costes adicionales. Esto también se llama impacto de avalancha. El fotodiodo de avalancha puede ser muy delicado al tener un presente excesivo conseguido. Debido a este hecho, se utilizan para funciones con poca luz. Sin embargo, requiere una tensión inversa excesiva y crea un ruido eléctrico adicional.

Construcción

La construcción del fotodiodo de avalancha se parece al fotodiodo PIN. Se compone de 4 capas, es decir, las capas P, I, P y N, como se demuestra en la determinación. Las 2 capas de P+ y N+ del terminal de acabado están estrechamente dopadas, lo que tipifica el ánodo y el cátodo respectivamente. Mientras que la capa I intrínseca y la capa P están dopadas uniformemente.

Su construcción es sofisticada en comparación con el fotodiodo PIN, debido al anillo de protección y a la unión uniforme. El anillo de protección ayuda a defender el fotodiodo de la rotura de los bordes. La capa N es la más fina. La anchura de agotamiento es más fina que la del fotodiodo PIN.

Trabajando

El fotodiodo de avalancha funciona con una tensión de polarización inversa muy excesiva. Desarrolla un potente tema eléctrico a través de la zona de agotamiento. Cuando el fotodiodo recibe el impacto de un fotón o fósforo, genera un par electrón-hueco. Este electrón y el agujero golpean la zona P+ y N+ a una velocidad realmente excesiva como resultado de un robusto tema eléctrico. Como consecuencia de la excesiva potencia cinética del electrón, éste colisiona con diferentes átomos dentro de los materiales y elimina los electrones creando pares electrón-hueco adicionales. Asimismo, estos electrones se aceleran una vez más y chocan con diferentes átomos liberando electrones adicionales, lo que conduce a un progreso exponencial de portadores de costes. Esto se denomina multiplicación por avalancha. Debido a este hecho, el fotodiodo Avalanche genera una mejor fotocorriente que el fotodiodo PIN.

Una tensión inversa excesiva aumentará su sensibilidad y velocidad de respuesta, pero sin duda la hace aún más vulnerable al ruido eléctrico. El oscurecimiento actual aumentará además con la tensión inversa. El ruido depende de la temperatura. Debido a este hecho, se utilizan disipadores masivos con él.

Beneficios

• Probablemente sentirás una leve sensación de baja intensidad
• Tienes una sensibilidad muy excesiva.
• Proporciona un nivel de señal excesivo alcanzado.
• Proporciona una mejor relación SNR (Signo-Ruido)
• Tiene un tiempo de respuesta muy rápido.

Fotodiodo Schottky

El fotodiodo Schottky es otro tipo de fotodiodo formado por una mezcla de metal y semiconductor. Debido a este hecho, se le conoce generalmente como diodo de unión metálica o MS. No es como el fotodiodo PIN y el fotodiodo de avalancha, no incluye ninguna unión PN. Funciona como un fotodiodo más. Permite que el fotodiodo Schottky tenga una velocidad excesiva y una detección de longitud de onda especialmente larga.

La unión MS funciona de forma muy parecida a la capa intrínseca. La capa metálica a menudo dorada (Au) se utiliza para escribir una capa metálica ligera sobre la capa semiconductora de tipo N. Los fotones se cruzan con la capa de oro y se absorben en la capa de tipo N. El fotón libera un par de agujeros de electrones dentro de la zona de agotamiento que es barrida por el sujeto eléctrico incorporado.

El tiempo de respuesta del fotodiodo Schottky depende del enfoque de dopaje del semiconductor tipo N. El ajuste del foco de dopaje varía la anchura del área de agotamiento. La ventaja del fotodiodo Schottky sobre otros fotodiodos es que sólo realiza una conexión metal-semiconductor cuando se relaciona con un circuito externo. Debido a este hecho, no requiere contactos óhmicos. Como consecuencia de la ausencia de un semiconductor tipo P, tiene una respuesta mucho más rápida. Le permite operar con una longitud de onda y una frecuencia de hasta 50 Ghz.

Beneficios y Desventajas del fotodiodo

Beneficios

A continuación se enumeran algunas ventajas del fotodiodo

• Trabaja con el poder blando.
• Facilita la comunicación rápida a través de una fibra óptica.
• Crea muy poco ruido.
• Genera un bajo presente oscuro en comparación con el fototransistor.
• Tiene una eficiencia cuántica excesiva.
• Tiene una resistencia muy baja.
• Es robusto y tiene una larga vida útil
• Funciona con baja tensión.
• Tiene una respuesta lineal
• Es rentable.

Desventajas

A continuación se enumeran algunas desventajas del fotodiodo

• El espacio animado es comparativamente pequeño.
• Tiene una sensibilidad menor que otros elementos.
• Requiere una fuente de alimentación externa para dar suficiente presencia a una carga.
• Requiere amplificación cuando se opera por debajo de una profundidad suave.
• El fotodiodo PN fácil tiene un tiempo de respuesta excesivo.
• El ruido térmico tiene un gran impacto en su eficiencia.
• Tiene poca estabilidad a la temperatura.
• Utiliza la tensión de compensación.

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Funciones del fotodiodo

Los fotodiodos se utilizan principalmente para detectar y medir una profundidad suave, por lo que tiene bastantes funciones en casi todos los temas. A continuación se enumeran algunas funciones del fotodiodo

Aislamiento eléctrico:

Los fotodiodos se utilizan en los acopladores de elección para aislar eléctricamente dos circuitos. Aísla cualquier circuito delicado de baja tensión de un circuito de tensión excesiva. Los circuitos están acoplados ópticamente y eliminados eléctricamente.

Energía renovable:

Los fotodiodos se utilizan mucho para transformar la energía fotovoltaica en energía eléctrica para alimentar nuestra vida cotidiana, con equipos de uso diario. Se utilizan tanto en el hogar como en la etapa industrial. En una instalación fotovoltaica se utilizan muchos paneles, cada uno de los cuales contiene conjuntos de fotodiodos, para proporcionar energía eléctrica.

Comunicación óptica:

Los fotodiodos de velocidad excesiva, parecidos a los fotodiodos PIN, se utilizan para la comunicación óptica de alta velocidad mediante cables de fibra óptica.

Seguridad del edificio:

Además, se utiliza en los detectores de humo y de chimeneas para detener cualquier forma de peligro de incendio en un edificio. Su suave sensor puede detectar el humo.

Dispositivos médicos:

Los fotodiodos descubren además una serie de funciones en los dispositivos médicos, como los escáneres de TC, los escáneres de PET, los analizadores de patrones y muchos otros.

Alarma antirrobo

En una alarma antirrobo, hay una ligera alimentación fijada de tal manera que golpea continuamente el fotodiodo y genera un presente continuo. Si una cosa o alguien pasa y causa una obstrucción a la luz solar, el diodo presente baja y activa la alarma.

Contador

El fotodiodo puede utilizarse para confiar en los objetos que se cruzan entre él y un suministro constante de luz solar.

• Se utiliza como sensor fotográfico para medir los diferentes rangos de profundidad de la luz solar en una cámara digital.
• Se utiliza para detectar la luz visible además de la invisible (IR).
• Se utiliza como codificador y decodificador óptico.
• Se utiliza como sensor de posición, sensor de proximidad y lector de código de barras.
• Se utiliza en la avenida computarizada suave que cambia según la luz del sol que cae sobre ella.
• Se utiliza el infrarrojo lejano para manejar cualquier aparato que recuerde a un televisor, un aire acondicionado y muchos otros.
• Se utiliza en un participante en un disco compacto, escáner,
• Se utiliza en las impresoras para detectar y confiar en las páginas.
• Se utiliza como un aparato de resistencia variable cuya resistencia varía con una profundidad suave.
• Se utiliza en los circuitos lógicos digitales por su excesiva velocidad y su bajo requerimiento de voltaje.
• Se utilizan en los métodos de reconocimiento de caracteres.

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