El principio de funcionamiento de los fotodiodos

Los fotodiodos, como dispositivo clave que convierte señales ópticas en señales eléctricas, desempeñan un papel crucial en la tecnología electrónica moderna. Desde la comunicación, la obtención de imágenes hasta la tecnología de sensores, la aplicación de fotodiodos es omnipresente y aporta un progreso revolucionario a la tecnología moderna.
El principio de funcionamiento de los fotodiodos se basa principalmente en el efecto fotoeléctrico y el principio de unión PN. El efecto fotoeléctrico se refiere al fenómeno en el que cuando la luz se irradia sobre ciertas sustancias, los electrones dentro de estas sustancias absorben la energía de los fotones, lo que resulta en transiciones y la formación de pares de huecos de electrones. En los fotodiodos, este efecto fotoeléctrico ocurre en la región de unión PN.
La unión PN es la estructura central de un fotodiodo y consta de un semiconductor de tipo P-y un semiconductor de tipo N-. En la unión PN, debido a la difusión de huecos del semiconductor tipo P-al semiconductor tipo N-y de los electrones del semiconductor tipo N-al semiconductor tipo P-, se forma un campo eléctrico-incorporado. La dirección de este campo eléctrico incorporado-puntos de N a P, evitando una mayor difusión de huecos y electrones, formando así una capa de agotamiento muy delgada en la interfaz de unión PN.
Cuando se irradia luz sobre la unión PN de un fotodiodo, los fotones son absorbidos por átomos o moléculas en la capa de agotamiento, lo que hace que los electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducción, produciendo pares de huecos de electrones. Bajo la acción del campo eléctrico incorporado-, los electrones se mueven hacia la región N y los huecos se mueven hacia la región P, formando así una fuerza electromotriz fotoinducida en ambos lados de la unión PN. La magnitud de esta fuerza electromotriz fotoinducida es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
Durante el funcionamiento de un fotodiodo, normalmente es necesario aplicarle una tensión de polarización inversa. Esto se debe a que el voltaje de polarización inversa puede mejorar aún más el efecto del campo eléctrico incorporado-, haciendo que la fuerza electromotriz generada por la foto sea más pronunciada. Al mismo tiempo, el voltaje de polarización inversa también puede suprimir la corriente oscura (es decir, la corriente débil generada cuando no hay luz), mejorar la sensibilidad y la relación señal-a-ruido de los fotodiodos.