ÓTEMA 3. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y OPTOELECTRÓNICOS

3.1. Diodos semiconductores

3.2. Transistor bipolar

3.3. Transistor MOSFET

3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser

3.5. Dispositivos fotodetectores

3.1. Diodos semiconductores: Unión PN

VUnión PN

Conceptos generales

V

V

I

P N

V

I

Es el dispositivo más sencillo y básico. Consiste en un semiconductor con dos zonas de distinta impurificación:zonas de distinta impurificación:- Un lado dopado con impurezas aceptadoras (Tipo P).- El otro con impurezas donadoras (Tipo N).

Tiene dos terminales externos (metales) para aplicar tensiones (diferencia de tensión V entre el lado P y el N) y que fluya la corriente I (del lado P al N).y ) y q y ( )

Si la tensión aplicada entre terminales V=0 La unión está en equilibrio

Si la tensión aplicada entre terminales es diferente de cero Diodo polarizadoSi la tensión V>0 Polarización directa (I >0)Si la tensión V<0 Polarización inversa (I <0)Si la tensión V<0 Polarización inversa (I <0)

Unión PN en equilibrio

NP En el SC tipo P existen muchos huecos y pocos electrones, y en el SC tipo N hay

h l t hmuchos electrones y pocos huecos.

– A temperatura ambiente, los huecos de la zona P pasan por difusión hacia la

300 K

zona N y los electrones de la zona N pasan a la zona P.

– La difusión deja el lado P cargado

Idn

IapIdp

Ian

negativamente y el lado N cargado positivamente (en torno a la unión).

– Debido a estas zonas cargadas aparece

V0E

un campo eléctrico que origina corrientes de arrastre que compensan las de difusión Dando lugar a corriente total nula.

X X

corriente total nula.

– En equilibrio I = In + Ip =0

Xp Xn

pp0 NA nn0 ND

np0 pn0

Perfil de las concentraciones de portadores de carga

Xp Xn

Unión PN polarizada

P NDifusión de huecos

Equilibrio: difusión = arrastre I = 0de huecos

Difusión de electrones

Carga neta

Directa: VPN > 0: disminuye el campo de equilibriodifusión > arrastre I que crece con V

E

Arrastre de electrones

Arrastrede huecos Inversa: VPN < 0: aumenta el campo de equilibrio

difusión < arrastre I independiente de V x

de electrones p

En polarización Directa:– El potencial externo aplicado se opone al campo

eléctrico que limita la difusión Disminuye el efecto del arrastre y favorece la difusión de portadores V > 0

I

del arrastre y favorece la difusión de portadores.• Electrones del lado N al P• Huecos del lado P al N• El resultado es una corriente neta elevada

P N

originada por el movimiento de los portadores mayoritarios hacia donde son minoritarios, que aumenta con la tensión aplicada

En polarización Inversa: – El potencial externo refuerza el campo eléctrico de

arrastre. Las componentes de difusión son P NV < 0

pprácticamente nulas. Dominan las componentes de arrastre (trasladan los minoritarios al otro lado):

• Electrones del lado P al NH d l l d N l P

P N

I0x

• Huecos del lado N al P• Son corrientes muy pequeñas, que pueden

considerarse despreciables e independientes de la tensión aplicada

Característica I-V del diodo ideal

Se puede encontrar que la relación entre la corriente I que circula por la unión PN y la tensión externa V que se aplica es del tipo:

eTkV B

T VT(300 K) = 25.85 mV

kB (cte de Boltzmann) = 1.38·10-23 JK-1

11 00

TKeV

VV

BT eIeII V : denominado potencial térmico

11 00 eIeII

I0: Corriente inversa de saturación (pocos nA)

VT : denominado potencial térmico

– En polarización directa: V>0 podemos admitir que la exponencial es mucho mayor que 1

I

– En polarización inversa: V<0 podemos d i l i l f t l 1 V

I0

despreciar la exponencial frente al 1

Característica I-V del diodo ideal 0II Inversa Directa

Característica I-V del diodo real

La característica I-V de un diodo real es ligeramente diferente:ligeramente diferente:

- En directa existe un voltaje umbral, V , que es l l i ió í i h li

Ila polarización mínima que hay que aplicar para que la unión conduzca Característica desplazada hacia la derecha.

VVR- Para polarizaciones muy elevadas en inversa

(próximas a –VR, tensión de ruptura, de decenas de V) la corriente se hace muy

VInversa Directa

R

elevada. Ruptura de la uniónPotencia disipada muy elevada (riesgo de que l di iti )

Característica I-V del diodo real

el dispositivo se queme)

Modelos para la característica I-V del diodo

II)0con ,cualquiera ( 00)0con ,cualquiera ( 0

DDD

DDD

VIrVIVRV

)con ,cualquiera ( 0)0con ,cualquiera (

VVIrVVIVRVV

DDD

DDD

I

Tensión umbral

I

Ideal

+

-VD

V

VV

)/(0)0con ,cualquiera ( 0 DDD

VIVIVRV

DDD

IVVVVIVVIVRVV

/)()0con ,cualquiera (

II

)/( 0 dDDdD rVIrV dDDdDDdD rIVVrVVIrVV /)(

+V

rdrd

Tensión umbral yresistencia directaResistencia directa -

VDVrd

VV

Diodo Zener

Si la tensión de polarización inversa VR a la que se produce el fenómeno de rupturala que se produce el fenómeno de ruptura es pequeña (en módulo) hablamos del diodo Zener.

El diodo Zener puede trabajar en la

Tensión Zener

I

El diodo Zener puede trabajar en la región de ruptura: para una tensión inversa dada, llamada tensión Zener, VZ, ésta se mantiene constante aunque la V

Vz

corriente varíe.

Se utiliza como elemento protector o como referencia de tensiones

V

En polarización directa funciona como un diodo normal.

Su símbolo circuital: Figura extraída de www.FFI-UPV.esSu símbolo circuital:

3.2. Transistor bipolar

Semiconductor con tres regiones dopadas alternativamente en cada una de

Conceptos básicos

Semiconductor con tres regiones dopadas alternativamente, en cada una de las cuales se establece un contacto metálico. Existen dos tipos:

Emisor ColectorBase

P PN

Emisor ColectorBase

PN NE C E C

E C E C

IE IC

B BI > 0 si entraI < 0 si sale

B B

C

IB0 BCE III

ECCE

EBBE

VVVVVV

Idea de funcionamiento: controlar la corriente de colector (emisor)Idea de funcionamiento: controlar la corriente de colector (emisor) mediante una pequeña corriente de base

Regiones de funcionamiento

Región activa directa: unión BE en directa unión CB en inversaRegión activa directa: unión BE en directa, unión CB en inversa

Región de corte: ambas uniones en inversa

Región de saturación: ambas uniones en directaRegión de saturación: ambas uniones en directa

Región activa directa

IC >0

+

NPNIC <0

-

PNP

CP N

VCE>0

IB >0

+B

C

VCE<0

IB <0

-B

C

N P

VBE>0IE <0

-

EVBE<0IE >0

+

EP N

F : factor de ganancia en corrienteBFCFBFC IIII 0)1(

Indica que la corriente de colector F : 150-200 en transistores comercialesIndica que la corriente de colector es proporcional a la de base

F 50 00 e t a s sto es co e c a es

Características de salida Transistor NPN

IB = 80 µA Región de saturación

Región activaI C( m

A)

B µ

IB = 60 µA

Región de corteIB = 40 µA

I = 20 µA

IB = 0 µA

IB = 20 µA

Figura extraída de www.FFI-UPV.es

VCE (V)

0)1( CFC II

Región de saturación:Uniones emisora y colectora en directa (VBE > 0, VCB < 0) 0CEV

II IIIC la determina el circuito en que esté el transistor maxCBF II maxCC II

Región de corte:Uniones emisora y colectora en inversa (V < 0 V > 0) 0IUniones emisora y colectora en inversa (VBE < 0, VCB > 0)

VCE la determina el circuito en que esté el transistor

0CI

Punto de operación estacionario del BJT en un circuito

Cuando un transistor opera dentro de un circuito se ha de establecer su punto de operación Se dice que el transistor se polariza

El conjunto de fuentes de tensión y resistencias utilizadas para fijar el punto de operación se denomina RED DE POLARIZACIÓNse denomina RED DE POLARIZACIÓN

Para determinar el punto de operación (IC, IB, VCE, VBE), se deben cumplir:– Las características de salida del transistor– Las ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentreLas ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentre

V = V + I RR 1 k= 100VBE 0,7 V

VBB= VBE + IB RB

A25,8116000

7,02

B

BEBBB R

VVI

RC =1 k

RB=16 kI

V V + I R

Ic = IB = 8,125 mA

VBE VCC=10 V

VBB = 2 VVCE

IC

IB Línea de cargaVCC=VCE+ IC RCBE VCC 10 VB

VCE = VCC - IC RC =

10 - 8,125 = 1,875 V

Línea de carga

Figura extraída de www.FFI-UPV.es

Transistor npn

12.5

10.0

IC(mA)

IB=50A

IB=60A

IB=70A VCC=10V

p

5 0

10.0

7.5IB=30A

IB=40A

B RC=1K R1=475KIC

BC

5.0

2.5 IB=10A

IB=20A IB E

VBE 0,5 V

VCE(V) 0 20 15 10 5

Recta de carga

10 1( ) ( ) ( )CC C C CE

C CE

V R I VV K I mA V V

Cortes con los ejes:

V 100

mA 100

CCCEC

C

CCCCE

VVIR

VIV

1CC B BEV R I V

Corriente de base

120CC BE

BV V

I AR

12.5

IC(mA)

IB=60A

IB=70A

10.0

7.5IB=30A

IB=40A

IB=50A

5.0

2.5 IB=10A

IB=20APunto de operación estacionario

IC

VCE(V) 0 20 15 10 5

20BI A 170 CF

I

3.40CI mA

6.6CEV V

0.5BEV V

B

F I

)()();()( tiItItiItI

Circuito equivalente de pequeña señal y baja frecuencia

)()( );()( 00 tiItItiItI bBBcCC

)()( );()( 00 tvVtVtvVtV beBEBEceCECE

El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el

Operación típica del transistor:

Pequeña señal: relaciones linealesib ic B C

El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el tiempo (ic , ib , vce , vbe) superpuestas al punto de operación estacionario (IC0 , IB0 , VCE0 , VBE0)

Pequeña señal: relaciones lineales

hie vce vbe hfeib

hie ó r impedancia de entrada ~ 200-400

E

bfecbiebe ihiihv ;

ie p

hfe ó F ganancia en corriente ~ 150-200

Dependen del punto de operación estacionario

sólo válido en la región activa

ib icB C

sólo válido en la región activa(comportamiento lineal)r vcevbe Fib

E

bFcbbe iiirv ;

BJT en aplicaciones analógicas: Amplificador

Cuando usemos el BJT en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultantesímbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultante

Circuito equivalente de pequeña señal:CCV

)(tIC

BR

CR

B

B)(tvi

BR CR

ci

bev

bi CC +

BBV

)(tvi

)(tVBE

)(tVCE)(tIBπr

bF i

EE vce

BBV

r y F (ganancia) son los parámetros del circuitoFigura extraída de Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, Ed. Oxford University Press

3.3. Transistor MOSFET(transistor de efecto de campo metal óxido semiconductor)(transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor)

Conceptos básicos

VG

Unión metal-óxido-semiconductor (MOS)

0GI

Metal

Oxido (aislante)

VG

Acumulación: mismo tipo de portadores que el scVaciamiento: sin portadores libres

GSegún la tensión VG:

Semiconductor

Vaciamiento: sin portadores libresInversión: portadores del tipo contrario a los del sc

La conductividad del semiconductor debajo del óxido es modulada por la tensión de puerta VG

DS G DS GMetal

Tipos de MOSFET

DS G DS GÓxido

S i d t

p nSemiconductor

Metal

n+n+ p+ p+

Metal

Canal N(sustrato P)

Canal P(sustrato N)

F d

Figura extraída de www.FFI-UPV.es

Formado por:- Una placa de metal y un semiconductor separados por una zona de óxido del semiconductor (por ejemplo SiO2), que actúa como aislante.

D i d d d ti t i l i d t f l b t t- Dos regiones muy dopadas de tipo contrario al semiconductor que forma el substrato.- Electrodos:

- Puerta (G, Gate), que se conecta a la placa metálica. La corriente en la puerta es nulaFuente (S Source) y drenador (D Drain) ambos simétricos conectados a las zonas muy dopadas- Fuente (S, Source) y drenador (D, Drain), ambos simétricos, conectados a las zonas muy dopadas

- A veces existe un cuarto electrodo de sustrato (B, suBstrate) en el metal inferior

Idea de funcionamiento: controlar la corriente que fluye entre fuente y drenadorIdea de funcionamiento: controlar la corriente que fluye entre fuente y drenador mediante la tensión aplicada a la puerta

(para que haya corriente entre fuente y drenador ha de haber capa de inversión bajo el óxido)

Tensiones y corrientes

S D G

MOSFET canal N (sustrato P)Puerta o rejilla

SiO2

Drenador Fuente N+ N+

0DSV

0GI

E

0BSV

SustratoSi tipo P

0DSV

0DI

E

B

MOSFET canal P (sustrato N)Puerta o rejilla

SiO2

S D G

P+ P+ 0I 0V

Puerta o rejilla

Drenador Fuente

Sustrato

P P

0DSV

0I

0GI

E

0BSV

SustratoSi tipo N

B

0DI

Características de salida

ID(mA)

S ióNoVGS=1V

25

20

Saturación NoSaturación

VGS=0.5V

VGS=0V 10

15VGS=0.25V

VGS=-0.25V

VGS=-0.5V

5

VDS(V) 0 8 6 4 2

En saturación:

GSD VcteI de edependient ,

Tensión umbral

V : tensión de puerta a partir de la cual hay capa de inversión (el transistor conduce)VT: tensión de puerta a partir de la cual hay capa de inversión (el transistor conduce)

Canal N: conducen para TGS VV Canal P: conducen para TGS VV

Existe un potencial de puerta mínimo queCaracterística de transferencia

Ejemplo: canal N

Existe un potencial de puerta mínimo que debe superarse para que la corriente de drenador sea distinta de cero:

– Por debajo del valor umbral (VGS<VT) no hay electrones en el canal no hay conducción no hay corriente. ID=0.

– Para valores de VGS>VT aparece la capa de inversión (electrones) es posible la

VT : valor para el que comienza a haber una corriente de drenador no nula

conducción entre fuente y drenador

corriente de drenador no nula

N h d i ió ( 0 li 0) MOSFET d l

Clasificación de MOSFETS y símbolos circuitales

0GSVNo hay capa de inversión (ID=0 aunque se aplique VDS≠0) MOSFET de realce

Hay capa de inversión (hay ID al aplicar VDS≠0) MOSFET de vaciamiento

Tipo Símbolos Características de salida

Características de transferencia

Canal ND ID + IDD

Condición para conducción

Potencialumbral

Canal NEnriquecimiento

Norm. OFF Realce

G

S

B

VDS

VGS

+ - +

VGS

VT

G

S

TGS VV

0TV

Canal NEmpobrecimiento

Norm. ON Vaciamiento

G

D

S

B

V

VGS=0

ID +

+ +-

ID

VGS G

D

S

TGS VV

0TV

Canal PEnriquecimiento

Norm. OFF R l

G

D

B

VDS +

-VGS

VDS +- ID

VGS

VT

+

G

D

0TVRealce

Canal PEmpobrecimiento

S

D

B

ID -VDS

V =0

- +- ID

V

S

D

TGS VV

T

Norm. ON Vaciamiento

G

S

B VGS=0

- ID

VGSG

S0TV

Comparación características de salida BJT / MOSFET

En la forma las características de los MOSFETs son análogas a las de los BJTs.– Eje x

• BJT: tensión entre emisor y colector (VCE)– Eje y

• BJT: corriente de colector (IC)y ( CE)• MOSFET: tensión entre fuente y drenador (VDS)

Sin embargo, la diferencia está en el tercer terminal o terminal de control:

( C)• MOSFET: corriente de drenador (ID)

– BJT: controla la corriente de base IB– MOSFET: controla la tensión de puerta VGS

MOSFET

mA)

IB = 80 µA

BJT MOSFET

IB = 40 µA

I C( m

IB = 60 µA

IB = 0 µA

IB = 20 µA

VCE (V)

Figura extraída de www.FFI-UPV.es

Igual que ocurre con el BJT, debemos polarizar el MOSFET para tener entre sus terminales

Punto de operación estacionario del MOSFET en un circuitoIgual que ocurre con el BJT, debemos polarizar el MOSFET para tener entre sus terminales unas diferencias de potencial y unas corrientes determinadas Para determinar el punto de operación (ID, VGS, VDS), se deben cumplir:

– Las características de salida– Las ecuaciones de las mallas del circuito en que se encuentre

8V ID(mA)

VDD

R2=

RD=400

V 0 5V

VGS=1V 25

20

Saturación No Saturación

ID2

62K VGS=0.5V

VGS=0V 10

15VGS=0.25V

ID

GS

D

R1= 2K

VDS(V) 0

VGS=-0.25V

VGS=-0.5V

5

8 6 4 2

S

11 2

8 0.25G GSVV V R V

R R

8 0.4( ) ( ) ( )D D DS D DSV R I V K I mA V V recta de carga Cortes con los ejes:

mA 200D

DDDDS R

VIVtensión de puerta (divisor de tensión)

3.4DSV V

11.5DI mA

V80 DDDSD VVI

Circuito equivalente de pequeña señal y baja frecuencia

)()( II )()( 0 tiItI dDD

)()( );()( 00 tvVtVtvVtV gsGSGSdsDSDS Operación típica del transistor:

ii

El circuito equivalente establece relaciones entre las corrientes y tensiones variables en el tiempo (id , vds , vgs) superpuestas al punto de operación estacionario (ID0 , VDS0 , VGS0)

G D

idig

gmvgsvgs vds sólo válido

en la región de saturación(comportamiento lineal)

S

( p )

0 ggsmd ivgi

gm transconductancia

Depende del punto de operación estacionario

MOSFET en aplicaciones analógicas: Amplificador

Cuando usemos el MOSFET en un circuito como amplificador sustituiremos su símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultantesu símbolo por el circuito equivalente y analizaremos el circuito resultante

Circuito equivalente de pequeña señal:

DRR

DDV)(tI D

G D

di

gsvDR

gsvgmG

D )(tvi

dsv

GGV)(tvi )(tVGS

)(tVDS SS

Figura extraída de Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, Ed. Oxford University Press

3.4. Diodos emisores de luz y diodos láser

Su funcionamiento se basa en el fenómeno de la V > 0

Diodo emisor de luz (LED). Conceptos básicos

electroluminiscencia. En una unión PN, en polarización directa:

– Aumenta la difusión de portadores (desde donde son mayoritarios hacia donde son minoritarios)

P N

mayoritarios hacia donde son minoritarios).– En torno a la unión aparecen unos excesos de

portadores que serán mayores cuanto más polarización directa se aplique.

Recombinación emisión

El d t d d l

fotón h =Eg

electrón-BC

Eg

– El exceso de portadores va a dar lugar a PROCESOS DE RECOMBINACIÓN:

• Tiene lugar una pérdida de energía de los electrones (al pasar de la BC a la BV) que g

hueco +BV

electrones (al pasar de la BC a la BV) que origina la emisión de radiación: fotones de energía: h =GAP

• El color de la luz del LED lo marca el GAP d l i d tGAP del semiconductor. Este proceso se denomina

electroluminiscencia(los excesos de portadores los

origina un campo eléctrico)

Figura extraída de http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/opto1.htm

Luego un LED es un dispositivo que consume

El LED se asemeja a un diodo normal, pero

Luego un LED es un dispositivo que consume energía eléctrica y nos devuelve radiación electromagnética

El LED se asemeja a un diodo normal, pero con importantes diferencias:

- Un empaquetado transparente que permite que la energía (luz en el espectro del visible o el IR) pase a su través- Área de la unión PN muy grande

E t l t étiEspectro electromagnéticoFigura extraída de www.stefanofenzo.com

Color de la luz de un LED

Semiconductores habituales: Ge, Si, GaAs(en el infrarrojo, con múltiples aplicaciones)

visible comunicaciones

(m)0.4 0.7 1.6

cf

h ( V)

UV NIR MIR

fh

f

h (eV)3 1.6 0.8 fhGaPSiC GaAs Si Ge

Eg (eV)GaN

Eg (eV)

Para poder crear dispositivos en el rango del visible ha sido necesario “fabricar” semiconductores con gaps elevadosfabricar semiconductores con gaps elevados.

LEDs blancos: - Mezclar luz de LEDs con diferentes colores (azul+verde+rojo)- LED de InGaN (azul) + capa de fósforo (genera verde y rojo)LED de InGaN (azul) capa de fósforo (genera verde y rojo)

mucho menor consumo que bombillas convencionales, apenas se calientan, mayor duración

Aplicaciones de los LED

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores (hoy por hoy su uso se ha generalizado en general para aplicaciones de control remoto).También como fuentes de luz para aplicaciones de comunicaciones en fibra óptica

Los LEDs con luz en el visible se emplean con profusión como:- Indicadores de estado (encendido/apagado)

- Dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.)

P l i f ti ( l d l d d l NASDAQ- Paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ,

36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan).

Imágenes extraídas de www.wikipedia.org

- Retroiluminación de pantallas de teléfonos móviles y televisores (en lugar de la luz fluorescente de los LCD)fluorescente de los LCD)

- Displays de calculadoras: displays de 7 segmentos

Figuras extraídas de www.wikipedia.org

Diferentes formatos de displays LEDs para aplicaciones numéricas y alfanuméricas (a): Aplicación numérica de 7

barras, (b): matriz numérica, (c): alfanumérica de 14 barras; (d): matriz 5 × 7 alfanuméricabarras; (d): matriz 5 7 alfanumérica

- Iluminación: vehículos, linternas, viviendas, etc.

Diodo láser semiconductor(Light Amplification by Estimulated Emission of Radiation)

Se trata de nuevo de una unión PN polarizada en directa (típicamente fabricada en una heteroestructura semiconductora) que genera luz (por recombinación de electrones de

(Light Amplification by Estimulated Emission of Radiation)

) q g (pBC a BV) con características especiales:

- Monocromática (todos los fotones de la misma frecuencia)C h t (t d l f t l i f )- Coherente (todos los fotones con la misma fase)

- De alta direccionalidad- De amplitud fácilmente modulable

Imagen extraída de www.wikipedia.org

La luz se genera en una “cavidad” con gran densidad de fotones que estimulan nuevos d bi ió i á f ( f l i )procesos de recombinación que emiten más fotones (en fase con los anteriores)

Aplicaciones (ligadas a comunicaciones/informática)

Un haz láser altamente coherente puede ser enfocado en unos pocos nanómetros.Esta propiedad permite al láser ser utilizado en aplicaciones que requieran gran resolución espacial:

- Comunicaciones de datos por fibra óptica- Lectores y grabadores de CDs, DVDs, Blu-rays - Interconexiones ópticas entre circuitos integradosp g- Impresoras láser- Escáneres o digitalizadores- SensoresSensores

Imagen extraída de www.dtvgroup.com

3.5. Dispositivos fotodetectores Fotodetector básico (b d l f t d ti id d) Fotodetector básico (basado en la fotoconductividad)

Si tenemos el semiconductor sometido a un campo eléctrico E

IIEAEAEAI L 00

permite detectar la iluminación y su intensidadpermite detectar la iluminación y su intensidad

fotodetector (básico)

Fotodispositivos

Dispositivos que aprovechan los cambios que tienen lugar en sus características p q p q gcorriente-tensión en presencia de la radiación para detectar su intensidad

Existen: - FotodiodosFototransistores bipolares- Fototransistores bipolares

- Fototransistores MOSFET

FotodiodosUn fotodiodo pn es una unión pn en la que la corriente en inversa aumenta con el flujo de fotones incidente• Los fotones pueden ser absorbidos en toda la estructura (fotoconductores)• En las proximidades de la unión pn existe un campo eléctrico intenso• Este campo es capaz de separar los pares de portadores generados rápidamente, disminuyendo así la

probabilidad de que se produzcan recombinaciones que impidan la contribución a la fotocorriente.

Interesa entonces que el flujo de fotones incida en la zona próxima a la unión (o zona deInteresa entonces que el flujo de fotones incida en la zona próxima a la unión (o zona de transición) para conseguir la mayor eficiencia. Pero esa zona típicamente es muy estrecha.

++--

Símbolo circuital del fotodiodo

Esquema básico de del funcionamiento de un fotodiodo pnFigura extraída de http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/otros/infrarrojos/fotodetectores.htm

Se usan en el tercer cuadrante de las características I-VSe usan en el tercer cuadrante de las características I VLa construcción está orientada a lograr que la sensibilidad a la luz sea máxima– Para mejorar las prestaciones del fotodiodo pn, la idea más j p p

sencilla es aumentar el tamaño (el área) de la zona de transición.

– El semiconductor está expuesto a la luz a través de una b t d i t l f d l tcobertura de cristal, a veces en forma de lente.

– Por su diseño y construcción será especialmente sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja.

// /http://www.mecanicavirtual.org/can-most-bus.htm

Imagen extraída de http://www.centronic.co.uk

http://www.wikiciencia.org/electronica/semi/optoelectronica/index.php

S ñ ibl i t i

Características de los fotodiodosSon pequeños, sensibles y requieren poca potencia. Lo que define las propiedades de sensibilidad al espectro de un fotodiodo es el material semiconductor que se emplea en su construcción. – Silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1,1 µm) – Germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aproximadamente 1,7 µm)– De otros materiales semiconductores.

Silicio: 190–1100 nm

Germanio: 800–1700 nm Imagen extraída de www wikipedia org

Arseniuro de Galio Indio (InGaAs): 800–2600 nm www.wikipedia.org

http://agaudi.wordpress.com

Células solares (dispositivos fotovoltaicos)

Dispositivos que convierten radiación óptica en energía eléctricaPrincipio de funcionamiento similar a los fotodiodos (unión PN sometida a radiación), pero trabajando en el 4º cuadrante de las características I-V.Corriente + diferencia de potencial potencia

Vmp VOC

V

I

Imp

IL

Potencia de salidanegativa en el 4º cuadrante

http://www.wikiciencia.org/electronica/semi/optoelectronica/index.php

gproporciona potencia