Fotodiodo

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fotodiodo (português brasileiro) ou fotodíodo (português europeu) é um dispositivo semicondutor que converte luz em corrente elétrica. A corrente é gerada quando fótons são absorvidos no fotodiodo; uma pequena corrente é também produzida quando nenhuma luz está presente. O tempo de resposta de um fotodiodo tende a diminuir quando sua superfície aumenta. Células solares convencionais, usadas para converter energia solar em energia elétrica, são fotodiodos com grande superfícies.[1]

Fotodíodo é um componente eletrónico e um tipo de fotodetector. É uma junção pn designada para responder a uma entrada óptica. Fotodiodos possuem uma "janela" ou uma conexão de fibra ótica, responsável por deixar a luz passar e incidir na parte sensível do dispositivo. Também pode ser usado sem a "janela" para detectar raios ultravioleta ou raios X.[2]

  1. Princípio de Operação

Fotodiodos são feitos normalmente de uma junção p-n, podendo também serem feitos de junções p-i-n. Quando um Fóton de energia específica incide sobre o dispositivo, ele gera um par elétron-buraco. Se este fenômeno ocorrer nas vizinhanças da região de depleção, as partículas do par serão aceleradas em direções opostas pelo campo elétrico ali presente, em um movimento conhecido como drift. O elétrons migrarão para o cátodo (lado n) e os buracos para o ânodo (lado p). Este movimento dá origem a uma corrente elétrica reversa no fotodiodo. Mesmo na ausência de luz, haverá sempre uma corrente reversa fluindo no fotodiodo, decorrente de pares elétron-buraco formados espontaneamente na junção que tenham energia suficiente para atingir os terminais.

Modo Fotovoltaico[editar | editar código-fonte]

Se não for aplicado nenhuma diferença de potencial aos terminais do fotodiodo, diz-se que ele opera no modo fotovoltaico. O fluxo de corrente elétrica para fora do dispositivo gerará uma diferença de potencial entre os seus terminais. Esta configuração é a utilizada em Paineis Solares Fotovoltaicos.

Modo de Polarização Reversa ou Fotocondutor[editar | editar código-fonte]

Neste modo de operação, uma diferença de potencial reversa àquela do diodo tradicional é aplicada aos terminais do fotodiodo. É aplicada tensão positiva ao cátodo e negativa ao ânodo. A polarização aplicada tem a mesma direção que a do campo elétrico da região de depleção. Isso aumentará a força aplicada aos portadores de carga gerados pelos fótons incidentes, o que gerará uma corrente elétrica mais forte. O potencial positivo aplicado ao cátodo atrairá buracos para a região n da junção, bem como o potencial negativo no ânodo atrairá elétrons para o lado p. Isso faz com que a zona de depleção cresça, portanto a área sensível à luz incidente torna-se maior, o que facilita a coleta de luz. O potencial reverso aumenta a corrente escura, uma vez que se torna mais provável que pares elétron-buraco gerados espontaneamente adquiram energia suficiente para que seus constituintes atinjam os terminais do dispositivo. Além disso, o aumento na largura da zona de depleção diminui a capacitância de junção, o que diminui o tempo de resposta e torna o fotodiodo mais rápido.[3]

O Fotodiodo PIN[editar | editar código-fonte]

Fotodiodos PIN, são fotodiodos que no lugar da junção p-n tem uma junção p-i-n. Está junção é formada introduzindo-se uma camada de material semicondutor intrínseco ou levemente dopado entre as regiões p e n da junção, conhecida como camada i. Neste caso, a zona de depleção vai se estender por todo o comprimento da camada i. O aumento na largura da zona de depleção aumenta a área de captação de luz e diminui a capacitância de junção, o que torna o dispositivo mais rápido.[4]

O Fototransistor[editar | editar código-fonte]

Um fototransistor é, essencialmente, um transistor bipolar que está encapado em uma capa transparente para que a luz possa atingir a base coletora da junção. O fototransistor funciona como um fotodiodo, mas com uma sensitividade muito maior à luz, pois os elétrons que são gerados pelos fótons na junção da base-coletora são aplicados dentro da base, a sua corrente é então amplificada pela operação do transistor. Entretanto, o fotodiodo tem tempo de resposta menor do que o fototransistor.

Referências

  1. Foto sensores: Fotodiodos - UFRGS
  2. Dispositivos foto sensíveis; Fotodiodos - UFRJ
  3. Saleh, Bahaa E. A.; Teich, Malvin Carl (1991). "Chapter 18". Fundamentals of Photonics. Wiley Series in Pure and Applied Optics. New York: John Wiley & Sons. pp. 763–765. ISBN 0-471-83965-5.
  4. Saleh, Bahaa E. A.; Teich, Malvin Carl (1991). "Chapter 18". Fundamentals of Photonics. Wiley Series in Pure and Applied Optics. New York: John Wiley & Sons. pp. 765–766. ISBN 0-471-83965-5.
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