Las estructuras P-I-N son una mejora de los fotodiodos PN más simples. Puede obtener mayores valores de capacidad de respuesta con ellos ya que hay más área para la absorción de luz.
Pero eso me hizo pensar ... ¿por qué necesita los semiconductores dopados con P y N en primer lugar? ¿Para el campo eléctrico incorporado? Esto se puede compensar con una tensión de polarización externa (que se utiliza de todos modos en los fotodiodos P-I-N).
Muchas gracias de antemano.
Su pregunta hace referencia a 3 tipos diferentes de dispositivos de detección de luz, un fotoconductor, un fotodiodo p-i-n y un fotodiodo p-n. Hay ventajas y desventajas al usar cada uno de estos
Fotoconductor:
Esta es una pieza de semiconductor con contactos óhmicos en los extremos. Cuando se generan pares de agujeros de electrones iluminados y, si se aplica una polarización a los terminales, contribuye a una fotocorriente en el dispositivo. La ganancia de fotocorriente de tal dispositivo puede ser dada por:
$$ G_a = \ frac {(\ mu_n + \ mu_p) \ tau \ mathcal {E}} {L} $$
donde \ $ \ mu_n \ $ y \ $ \ mu_p \ $ son las movilidades de electrones y agujeros. \ $ \ tau \ $ es la vida útil del operador, \ $ \ mathcal {E} \ $ es el campo eléctrico aplicado, y \ $ L \ $ es la longitud del fotoconductor.
Como puede ver aquí, obtiene la mejor ganancia con una larga vida útil y fotoconductores cortos. Sin embargo, una vida útil prolongada hará que su dispositivo sea menos sensible, y los fotoconductores cortos harán que su dispositivo sea menos sensible. Así que hay compensaciones.
fotodiodo p-n:
Un fotodiodo p-n funciona básicamente de la misma manera que un fotoconductor, excepto que el campo incorporado ayuda a separar los portadores de carga. Dado que casi el 100% de la caída de voltaje se produce en la región de agotamiento, esta es la única parte del fotodiodo p-n que tiene una respuesta significativa a los fotones. Por lo tanto, para una alta eficiencia cuántica, desea una gran región de agotamiento, para capturar tantos fotones como sea posible. Pero esto aumenta el tiempo de tránsito a través de la región de agotamiento, aumentando el tiempo de respuesta. Por lo tanto, existe una compensación entre la eficiencia cuántica y el tiempo de respuesta.
Debido al campo eléctrico incorporado, los fotodiodos p-n generalmente tienen tiempos de respuesta más rápidos que los fotoconductores. La vida útil del portador tampoco importa tanto en los fotodiodos p-n como en los fotoconductores, ya que la tasa de recombinación en la región de agotamiento es tan baja que generalmente se ignora.
La corriente oscura en un diodo generalmente será más baja que en un fotoconductor. Esto podría ser importante cuando se trata de detectar pequeñas cantidades de fotones.
fotodiodo p-i-n: El fotodiodo p-i-n aprovecha los beneficios del fotodiodo p-n y mejora la eficiencia cuántica al agregar una región intrínseca en el centro. Esta región le permite ajustar la eficiencia cuántica y la respuesta de frecuencia para satisfacer sus necesidades. Nuevamente, ocurre una cantidad insignificante de recombinación en la región de agotamiento, por lo que las vidas de los portadores no importan mucho.
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