EL FOTODIODO Y SU FUNCIONAMIENTO

El fotodiodo consiste en esencia de una unión de material "P" y material "N" polarizada inversamente, se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente electrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).



Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama corriente de fuga. Cuando la luz de longitud de onda apropiada es dirigida hacia la unión, se crean pares hueco-electrón que se desplazan a través de la unión debido al campo generado en la región deprimida. El resultado es un flujo de corriente, denominado fotocorriente, en el circuito externo, que es proporcional a la irradiancia efectiva en el dispositivo. El fotodiodo se comporta básicamente como un generador de corriente constante hasta que se alcanza la tensión de avalancha.


El fotodiodo exhibe un pico de respuesta en una longitud de onda radiante determinada. Para esta longitud de onda, se produce la máxima cantidad de pares huecos-electrón en la proximidad de la unión.

El máximo de la curva de respuesta espectral de un fototransistor típico se halla en 850 mm aproximadamente. En directa, el fotodiodo se comporta como un diodo normal. Si está fabricado en silicio, la tensión que cae en el dispositivo será aproximadamente de 0,7V.


El comportamiento del fotodiodo en directa apenas se ve alterado por la generación luminosa de portadores. Esto es debido a que los portadores, provenientes del dopado (portadores mayoritarios) son mucho más numerosos que los portadores de generación luminosa. La totalidad de los detectores de luz comunes consisten en una unión a fotodiodo y un amplificador. En la mayoría de dispositivos comerciales, la corriente del fotodiodo se halla en el margen comprendido entre el microamperio y las decenas de microamperios, pudiendo añadirse a la pastilla un amplificador por un costo mínimo.

Si el fotodiodo quedara conectado, de manera que por él circule la corriente en el sentido de la flecha (polarizado en sentido directo), la luz que lo incide no tendría efecto sobre él y se comportaría como un diodo semiconductor normal

El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en electricidad y esta variación de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un cambio en el nivel de iluminación sobre el fotodiodo.

Si se combina un fotodiodo con un transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el colector y la base del transistor (con el cátodo del diodo apuntado al colector del transistor), se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.

FABRICANTES

• NANOIDENT Technologies AG
• Infineon
• Agilent Technologies
• PerkinElmer
• SILONEX
• VISHAY
• Silicon Sensor GmbH

FOTOTRANSISTORES

Los fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están compuestos por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico.

solo que puede trabajar de 2 maneras diferentes:

• - Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común)
• - Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminación).

Se pueden utilizar las dos en forma simultánea, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con la patita de la base sin conectar. (IB = 0)

La corriente de base total es igual a corriente de base (modo común) + corriente de base (por iluminación): IBT = IB + IP
Si se desea aumentar la sensibilidad del transistor, debido a la baja iluminación, se puede incrementar la corriente de base (IB), con ayuda de polarización externa
El circuito equivalente de un fototransistor, es un transistor común con un fotodiodo conectado entre la base y el colector, con el cátodo del fotodiodo conectado al colector del transistor y el ánodo a la base.

El fototransistor es muy utilizado para aplicaciones donde la detección de iluminación es muy importante. Como el fotodiodo, tiene un tiempo de respuesta muy corto, solo que su entrega de corriente eléctrica es mucho mayor.

Se requiere un cuidadoso proceso de elaboración de la pastilla del transistor par hacer compatible la máxima reducción de la corriente en la oscuridad del fototransistor, con la obtención de una alta sensibilidad a la luz. Las corriente de este tipo, típicas del fototransistor para una tensión inversa de 10V, son del orden de 1nA a temperatura ambiente y aumentan en un factor de 2 para cada 10ºC de aumento de temperatura. Las especificaciones del fototransistor garantizan normalmente unos límites de corriente en la oscuridad mucho más altos, por ejemplo 50 a 100 nA, debido a las limitaciones del equipo automático de prueba.

EL FUNCIONAMIENTO DE UN FOTOTRANSISTOR VIENE CARACTERIZADO POR LOS SIGUIENTES PUNTOS:

• - Al exponer el fototransistor a la luz, los fotones entran en contacto con la base del mismo, generando huecos y con ello una corriente de base que hace que el transistor entre en la región activa, y se presente una corriente de colector a emisor. Es decir, los fotones en este caso, reemplazan la corriente de base que normalmente se aplica eléctricamente. Es por este motivo que a menudo la patilla correspondiente a la base está ausente del transistor. La características más sobresaliente de un fototransistor es que permite detectar luz y amplificar mediante el uso de un sólo dispositivo (Ib = 0).
• - La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia del transistor

CONSTRUCCION DE LOS FOTOTRANSISTORES

Los fototransistores se construyen con silicio o germanio, similarmente a cualquier tipo de transistor bipolar. Existen tanto fototransistores NPN como PNP. Debido a que la radiación es la que dispara la base del transistor, y no una corriente aplicada eléctricamente, usualmente la patilla correspondiente a la base no se incluye en el transistor. El método de construcción es el de difusión. Este consiste en que se utiliza silicio o germanio, así como gases, impurezas o dopantes. Por medio de la difusión, los gases dopantes penetran la superficie sólida del silicio. Sobre una superficie sobre la cual ya ha ocurrido la difusión, se pueden realizar difusiones posteriores, creando capas de dopantes en el material. La parte exterior del fototransistor está hecha de un material llamado epoxy, que es una resina que permite el ingreso de radiación hacia la base del transistor.

FABRICANTES

• Epigap Optoelektronik GmbH, 12555 Berlin. [Alemania]
• Hamamatsu Photonics, 541-0052 Osaka. [Japón]