fotodiodo

Un fotodiodo es una unión de semiconductor, típicamente hecha de silicio o germanio, que convierte los fotones incidentes directamente en corriente eléctrica. Es un dispositivo de dos terminales, polarizado inversamente en circuitos prácticos, donde los fotones inciden en la región de agotamiento y generan pares electrón-hueco. La fotocorriente resultante es proporcional a la intensidad de la iluminación y puede medirse con alta precisión en un amplio rango dinámico.

El dispositivo opera con polarización inversa porque esta configuración ensancha la región de agotamiento, aumentando la probabilidad de que los fotones creen portadores dentro del área activa. Los voltajes aplicados suelen oscilar entre 5 y 100 voltios, dependiendo del tipo de diodo y la aplicación. Los fotodiodos de silicio responden bien en el espectro visible y el infrarrojo cercano (aproximadamente de 350 a 1100 nanómetros), mientras que los dispositivos de germanio se extienden al infrarrojo. Los fotodiodos PIN, que incorporan una capa intrínseca entre las regiones p y n, ofrecen tiempos de respuesta más rápidos y mayor sensibilidad que los diodos de unión estándar.

Los fotodiodos se encuentran en medidores de luz, receptores de comunicación óptica, celdas solares y sistemas de control automatizados. En la medición de servicios públicos y el monitoreo de paneles solares, proporcionan retroalimentación sobre la irradiancia y el flujo de energía. Su tiempo de respuesta se mide en nanosegundos a microsegundos, lo que los hace adecuados para receptores de fibra óptica de alta velocidad que operan a frecuencias de gigahercios. La corriente oscura, la corriente de fuga cuando no hay luz presente, se vuelve significativa en aplicaciones sensibles y aumenta con la temperatura.

Los límites clave de rendimiento incluyen la eficiencia cuántica (la fracción de fotones incidentes que generan portadores de carga recolectables, típicamente del 70 al 90 por ciento para el silicio en el rango visible), la respuesta espectral (qué longitudes de onda detecta el diodo de manera efectiva) y la potencia equivalente de ruido (la señal óptica mínima detectable). El enfriamiento reduce la corriente oscura y mejora la relación señal/ruido en instrumentos de precisión.

Los fotodiodos difieren fundamentalmente de las fotorresistencias y los fototransistores. Un fotodiodo genera corriente pasivamente; un fototransistor amplifica la fotocorriente internamente. La baja capacitancia y la rápida conmutación del fotodiodo lo convierten en la opción para aplicaciones críticas de velocidad, mientras que su simplicidad y estabilidad lo convierten en la base de la mayoría de los sistemas de medición óptica en entornos industriales.