Fotodiodos

Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, iluminados en ausencia de una fuente exterior de energía generan una corriente muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

Un fotodiodo es una unión PN o estructura P-I-N. Cuando un haz de luz de suficiente energía incide en el diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorción ocurre en la zona de agotamiento de la unión, o a una distancia de difusión de él, estos portadores son retirados de la unión por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.

Un fotodiodo será sensible únicamente a una longitud de onda de la luz incidente. Cuál sea esa longitud de onda dependerá del que se conoce como gap energético del dispositivo. Dado que la energía es igual a la constante de Planck por la frecuencia del fotón incidente (E=h·f), es sencillo ver la relación. Únicamente los fotones con la energía adecuada como para hacer pasar un electrón de la banda de conducción a la banda de valencia (generándose así la corriente) serán adecuados para la tarea.

Al objeto de ser utilizado de acuerdo a este fin, el fotodiodo debe ser polarizado en inversa (mayor tensión en el cátodo que en el ánodo). Se producirá un aumento de la circulación de corriente cuando el diodo es excitado por la luz incidente sobre él. En ausencia de luz la corriente presente es muy pequeña y recibe el nombre de corriente de oscuridad. De esa manera, puede calcularse la intensidad de luz que incide sobre el fotodiodo conociendo el valor de la corriente en inversa que por él circula. Bastará con restar a dicha corriente el calor de la corriente de oscuridad y dividir entre la sensibilidad del dispositivo para hacerlo.

Fotodiodos de avalancha Tienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo. Todas estas características pueden encontrarse en el manual del fabricante.

El material empleado en la composición de un fotodiodo es un factor crítico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1µm); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 µm ); o de cualquier otro material semiconductor.

La sensibilidad de estos materiales se puede expresar con un parámetro llamado "responsibidad", la cual expresa la cantidad de corriente eléctrica generada con respecto a la potencia de la luz que incide sobre el material (Io=R.Po). Este valor varía con respecto a la longitud de onda de la luz incidente y basándonos en medidas y experimentos, se ha conocido en qué longitudes de onda los materiales son más eficientes.

También es posible la fabricación de fotodiodos para su uso en el campo de los infrarrojos medios (longitud de onda entre 5 y 20 µm), pero estos requieren refrigeración por nitrógeno líquido.

Antiguamente se fabricaban exposímetros con un fotodiodo de selenio de una superficie amplia.

La investigación a nivel mundial en este campo se centra (en torno a 2005) especialmente en el desarrollo de células solares económicas, miniaturización y mejora de los sensores CCD y CMOS, así como de fotodiodos más rápidos y sensibles para su uso en telecomunicaciones con fibra óptica.

Desde 2005 existen también semiconductores orgánicos. La empresa NANOIDENT Technologies fue la primera en el mundo en desarrollar un fotodetector orgánico, basado en fotodiodos orgánicos.

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