Fotodiodo

Fotodiodoa argia korronte elektriko bihurtzen duen gailua da. Material erdieroalez eginda dago. Hala ere, argirik egon ez arren, korronte elektriko txiki bat ere sortzen du. Fotodiodoek bestelako elementuak izan ditzakete, adibidez, iragazki optikoak eta leiar ezberdinak. Fotodiodoen azalera txikia edo handia izan daiteke, eta honek fotodiodoaren erantzun-abiaduran eragiten du. Azalera hau handitzen doan heinean, gailuaren erantzun-abiadura murrizten joaten da.^[1]

Fotodiodoak diodo arrunten antzerakoak dira, baina hauek ez bezala, bi konfigurazio ezberdin eduki ditzakete. Alde batetik, fotodiodoaren puntu sentikorra agerian egon daiteke, argi ultramoreak zein X izpiak jasotzeko. Beste aldetik, fotodiodoa kapsulatuta egon daiteke, leiho edo zuntz optiko baten bidez argia gailuaren puntu sentikorrera eramateko. Bereziki fotodiodo gisa lan egiteko diseinaturiko diodo batzuek PIN elkarketa ( PIN diodoa ) dute, p-n (positiboki dopatua-negatiboki dopatua) elkarketaren ordez. Horrela, beraien erantzun-abiadura handitzen da. Fotodiodoak alderantzizko polarizazioarekin (reverse bias) lan egiteko diseinatuta daude.

Fotodiodoa p-n elkarketa edo PIN elkarketa bat da. Energia kantitate nahikoa duen fotoi batek diodoa jotzen duenean, elektroi-zulo bikote bat sortzen du. Mekanismo hau efektu fotoelektriko gisa ezagutzen da. Elektroi-zulo bikoteak sortu ondoren, zuloak anodorantz mugitzen dira, eta elektroiak, berriz, katodorantz, fotokorrontea sortuz. Fotodiodoaren korronte totala, korronte ilunaren (argirik gabe sortzen den korrontea) eta fotokorrontearen arteko batuketa da. Hau dela eta, korronte iluna txikitzen saiatu behar da gailuaren sentikortasuna hobetzeko.

Fotodiodoek bi modu ezberdinetan lan egin dezakete, modu fotoboltaikoan eta modu fotoeroalean. Modo fotoboltaikoan fotodiodoa ez dugu elikatzen, hau da, fotodiodoa ez dugu inolako iturri elektrikorekin lotzen. Argiak fotodiodoa jotzen du, eta honen bi bornetan tentsio bat agertzen da. Modu fotoeroalean aldiz, kanpotik tentsio bat aplikatzen diogu fotodiodoari, alderantziz polarizatuz.

Lan egiteko modu honetan, gailuaren kanpoko fotokorronte-fluxua mugatuta dago eta tentsioa metatzen da. Modu honetan, fotodiodoak efektu fotoboltaikoa erabiltzen du, hau da, argiaren bidez tentsioa sortzea. Efektu fotoboltaikoa eguzki-panelen oinarria da, izan ere, eguzki-panelen fotodiodozko azalera handiak dira.

Modu fotoeroalean, diodoa alderantziz polarizatua egon ohi da (katodoa positiboki kargatua anodoarekiko). Honek erantzun-abiadura handitzen du. Izan ere, polarizazio honek asebetetze-geruzaren zabalera areagotzen du, elkarketaren kapazitantzia murriztuz. Horretaz gain, polarizazio honek korronte iluna handitzen du, baina ez du eragin berezirik fotokorrontean. Fotokorrontea linealki proportzionala da luminantziarekiko (eta irradiazioarekiko). Modu hau modu fotoboltaikoa baino azkarragoa da, baina soinu elektronikoa (perturbazio elektrikoa) sortzeko joera handiagoa du.^[2]

Fotodiodo bat egiteko erabilitako materialak kritikoak dira beraien propietateen definizioetarako. Izan ere, energia-tarte jakineko fotoiek soilik kitzikatuko dituzte materialen elektroiak, fotokorrontea sortuz. Normalean fotodiodoen ekoizpenean erabilitako materialak hurrengo taulan agertzen dira.^[3]

Fotodiodoak modu fotoeroalean lan egiten duenean, fotodioak berak argirik jaso gabe ere korronte txiki batek zeharkatzen du fotodiodoa. Korronte hau da korronte iluna. Korronte ilunaren barnean, hondoko erradiazioak sorturiko fotokorrontea eta erdieroalearen elkarketaren asetasun-korrontea daude. Fotodiodoa potentzia optikoa neurtzeko erabiltzen bada, korronte iluna kontuan izan behar da tresnaren kalibrazioan. Horretaz gain, korronte iluna zarata-iturria da komunikazio optikoetan.

Material erdieroalean xurgaturiko fotoiak elektroi-zulo bikote bat sortzen du, eta bikote honek materialean zehar mugitzean korrontea sortzen du. Korronte honen iraupen finitua Ramoren teorema erabiliz neurtzen da. Fotodiodoaren erresistentziak eta kapazitantziak ematen digute denbora-konstantearen balioa ${\displaystyle \tau =RC}$. Fotodiodoa komunikazio optikoko sistemetan erabiltzean, erantzun-denborak seinaleen modulaziorako erabilgarri den banda-zabalera zehazten du, eta ondorioz, datuen transmisioaren banda-zabalera ere.