fotodetector

fotovaristor

m

Electrònica i informàtica

Dispositiu semiconductor utilitzat per a convertir energia lluminosa en energia elèctrica.

Els fotodetectors són molt importants en sistemes de comunicació per fibra òptica, on operen en la regió de l’infraroig proper (0,8 a 1,6 μm de longitud d’ona). En aquests sistemes, llur missió és la desmodulació de senyals òptics, és a dir, la conversió en senyals elèctrics, que més tard són amplificats i finalment processats. Per aquestes aplicacions els fotodetectors han de tenir característiques molt rigoroses, com ara alta sensibilitat en les longituds d’ona en què treballa el sistema, gran velocitat de resposta i mínim soroll, i han de poder funcionar amb petites intensitats de corrent i petites tensions de polarització. En general, en un fotodetector es donen tres processos: generació de portadors per la llum incident o fotoexcitació, transport de portadors i/o multiplicació per algun mecanisme de guany de corrent i interacció del corrent amb el circuit extern per a proporcionar el senyal de sortida. En general, les característiques d’un fotodetector es mesuren segons tres paràmetres: l'eficiència quàntica o guany, el temps de resposta i la sensibilitat. Els fotodetectors més simples són les fotoresistències , que presenten una resistència de valor variable en funció de la llum incident; també són anomenades cèl·lules fotoconductores o fotoresistives (cèl·lula fotoelèctrica) i són conegudes amb la sigla LDR (de l’anglès Light Dependent Resistor ). Són constituïdes per materials semiconductors (sulfur de cadmi, sulfur de plom, germani dopat amb níquel, silici dopat amb fòsfor, etc), sovint dipositats en forma de capa prima sobre un substrat. En aquests dispositius, els portadors produïts per la llum incident són empesos per l’acció del camp elèctric produït per la tensió de polarització de la fotoresistència. Aquest increment en el nombre de portadors provoca un augment de la conductivitat i, per tant, una disminució del valor de la resistència, que esdevé funció del flux de llum incident. Són emprades com a detectors en la regió de l’infraroig i del visible. Una altra classe de fotodetectors són els fotodíodes , que es basen en l’aprofitament del fort camp elèctric que hi ha a la zona de càrrega espacial per a separar els electrons i forats generats per la llum incident, i donen lloc a un corrent molt superior al que circula per un díode en les mateixes condicions de polarització inversa. Qualsevol de les estructures utilitzades com a díodes (junció p-n , junció metall-semiconductor, heterostructures, etc) pot servir com a fotodíode sempre que sigui fabricada amb aquesta finalitat. Quan el dispositiu és dissenyat per treballar en la zona de ruptura, hom parla de fotodíodes d’allau . En aquests dispositius es produeix, a causa del fenomen d'ionització per xoc, una multiplicació per allau i s’obté un guany intern de corrent molt gran. Aquesta característica fa que siguin emprats per a la detecció de llum modulada a freqüències en la banda de les microones (GHz). Hom inclou també dins la família dels fotodíodes els anomenats fotodíodes pin , en els quals hom introdueix una regió de semiconductor intrínsec ( i ) entre les regions p i n i obté, així, una zona de càrrega espacial (la regió intrínseca) controlable, en la qual hi ha un camp elèctric constant i molt fort. Aquests dispositius tenen una velocitat de resposta molt més baixa que els fotodíodes, però llur gran eficiència quàntica (sobretot en el cas de fotodíodes pin d’allau) fa que siguin els dispositius d’estat sòlid amb més possibilitats de substituir els tubs fotomultiplicadors. Un altre dispositiu emprat com a fotodetector és el fototransistor , dispositiu semiconductor similar a un transistor bipolar, en el qual la polarització de la funció base-emissor pot ésser modificada mitjançant un feix de fotons; aquests, en incidir en la regió de la base, generen parells electró-forat, produint una variació de la concentració de portadors que comporta un augment en la polarització en directe de la funció emissor-base; a partir d’aquest augment, i per efecte transistor, hom obté un considerable augment del corrent de col·lector i d’emissor. Usualment, els fototransistors són de silici, però, darrerament, la utilització de materials semiconductors III-V ha permès d’obtenir una millor sensibilitat a la radiació. També, la realització de fototransistors amb emissors-bases produïts per heterojuncions ha augmentat aquesta sensibilitat: l’emissor és realitzat amb un semiconductor de banda prohibida més gran que el de la base (efecte finestra), i això facilita el pas de la llum fins a la base. A més, en aquest darrer cas, el factor d’injecció emissor-base és més gran que en el cas d’homojuncions, amb la qual cosa augmenta el guany del fototransistor. Finalment, cal esmentar tots aquells dispositius activats òpticament (fototiristors, dispositius MIS activats òpticament, fotocèl·lules, memòries òptiques, etc) en els quals la generació de portadors lliures provocada per la llum incident realitza un paper similar a la produïda per l’aplicació d’un senyal elèctric en un dels elèctrodes del dispositiu.