APELLIDOS Y NOMBRES: ROMERO V., JOSEPH

FACULTAD: ING. ELECTRICA Y ELECTRONICA CURSO: CIRCUITOS ELECTRONICOS 1 TEMA: FOTODIODO PIN

PROFESOR: VIVAS

Fotodiodo PIN

Este diodo est conformado por una capa intrnseca, casi pura, de material semiconductor, introducida entre la unin de dos capas de materiales semiconductores tipo n y p. Se aplica una tensin de polarizacin inversa. Figura 44.

La luz entra al diodo por una ventana muy pequea y es absorbida por el material intrnseco, el cual agrega la energa suficiente para lograr que los electrones se muevan de la banda de valencia a la banda de conduccin y se generen portadores de carga elctrica que permiten que una corriente fluya a travs del diodo.

Los elementos ms utilizados en la fabricacin de este tipo de detectores son el Germanio y ltimamente se utiliza el GaAs, GaInAs, InP, con resultados muy buenos.

Los diodos PIN requieren bajas tensiones para su funcionamiento, pero deben utilizar buenos amplificadores. Presentan tiempos de vida relativamente altos. Que podran reducir nicamente por factores externos y son los ms indicados para el uso en la segunda y tercera ventana de transmisin (1300 y 1550 nm).

SimbologiaDiodo Pin

Diodo Pin

Estructura de fotodiodo PIN

(+) alta eficiencia(+) predominio del arrastre rapidez() Id (W)

Principio de operacinUn fotodiodo es una unin PN o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energa llega al diodo, excita un electrn dndole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorcin ocurre en la zona de agotamiento de la unin, o a una distancia de difusin de l, estos portadores son retirados de la unin por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente.Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz.

Principio de funcionamiento

El diodo PIN es un diodo que presenta una regin P fuertemente dopada y otra regin N tambin fuertemente dopada, separadas por una regin de material que es casi intrnseco. Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas, es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias el diodo tiene una impedancia muy alta cuando est inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Adems, las tensiones de ruptura estn comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.

El diodo se forma partiendo de silicio tipo P de alta resistividad. La capa P de baja resistividad representada, est esta formada por difusin de tomos de boro en un bloque de silicio tipo P y la capa N muy delgada est formada difundiendo grandes cantidades de fsforo. La regin intrnseca i es realmente una regin P de alta resistividad y se suele denominar regin p. Cuando el circuito est abierto, los electrones fluyen desde la regin i(p) hasta la regin P para recombinarse con los huecos en exceso, y los huecos fluyen desde la regin i para recombinarse con los electrones de la regin N. Si el material i(p) fuese verdaderamente intrnseco, la cada de tensin en la regin i sera nula, puesto que la emigracin de huecos sera igual a la emigracin de electrones. Si embargo, como el material es en verdad p(P de alta resistividad), hay mas huecos disponibles que electrones.

Cuando se aplica una polarizacin inversa al diodo los electrones y los huecos del material p son barridos (swept free). Un posterior aumento de la tensin inversa simplemente incrementa las distribuciones de tensiones P-I e I-N. En el diodo PIN la longitud de la regin de transicin L es aproximadamente igual a la regin i y aproximadamente independiente de la tensin inversa. Por lo tanto, a diferencia de los diodos PN o Schottky, el diodo PIN tiene una capacidad inversa que es aproximadamente constante, independiente de la polarizacin. Una variacin tpica de la capacidad podra ser desde 0,15 hasta 0,14 pF en una variacin de la polarizacin inversa de, por ejemplo, 100 V. En virtud de que es igual a la longitud de la regin i, la longitud de la regin de transicin es aproximadamente constante y considerablemente mayor que la de otros diodos y, por lo tanto, la capacidad CR, que es proporcional a 1/L es significativamente menor que la de otros diodos, por lo que el diodo PIN es apropiado para aplicaciones de microondas. Los valores normales de CR varan desde 0,1 pF hasta 4 pF en los diodos PIN, comercialmente asequibles.

Cuando el diodo est polarizado en sentido directo, los huecos del material P se difunden en la regin p, creando una capa P de baja resistividad. La corriente es debida al flujo de los electrones y de los huecos cuyas concentraciones son aproximadamente iguales en la regin i. En la condicin de polarizacin directa la cada de tensin en la regin i es muy pequea. Adems, al igual que el diodo PN, cuando aumenta la corriente, tambin disminuye la resistencia. En consecuencia el diodo PIN es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En una primera aproximacin, la resistencia rd en pequea seal es inversamente proporcional a la corriente IDQ con polarizacin directa, lo mismo que en el diodo PN.

En frecuencias de microondas se representa de maneras mas sencillas por una capacidad CR en serie con la resistencia directa rd. Con tensiones directas, CR es aproximadamente infinita, mientras que en polarizacin inversa, rd es aproximadamente nula. La capacidad CS es la capacidad parsita paralelo que se produce soldando el diodo a la cpsula y LS es la inductancia serie debida a los hilos de conexin desde el diodo hasta la cpsula.

Aplicaciones del fotodiodo pin

En virtud de las caractersticas del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propsitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. Tambin se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.

conmutador de RF resistencia variable protector de sobretensiones fotodetector El diodo PIN se puede utilizar como conmutador de microondas. Tiene capacidad para manejar alta potencia.Necesidad de fotodetectores

Receptores:Comunicacin por fibra ptica ,mandos a distanciaLectores pticos:CD, DVDcdigos de barrasSensores:Presencia, ngulo, composicin qumica.Monitores de luz:Control de lseresCmaras: vdeo, visin nocturna