Fotodetector - Photodetector

Um fotodetector recuperado de uma unidade de CD-ROM . O fotodetector contém três fotodiodos , visíveis na foto (no centro).

Fotodetectores , também chamados de fotossensores , são sensores de luz ou outra radiação eletromagnética . Existe uma grande variedade de fotodetectores que podem ser classificados por mecanismo de detecção, como efeitos fotoelétricos ou fotoquímicos, ou por várias métricas de desempenho, como resposta espectral. Fotodetectores baseados em semicondutores normalmente têm uma junção p – n que converte fótons de luz em corrente. Os fótons absorvidos formam pares elétron-buraco na região de depleção . Fotodiodos e fototransistores são alguns exemplos de fotodetectores. As células solares convertem parte da energia luminosa absorvida em energia elétrica.

Tipos

Um fotodetector amplificado comercial para uso em pesquisa óptica

Os fotodetectores podem ser classificados pelo seu mecanismo de detecção:

  • Fotoemissão ou efeito fotoelétrico: os fótons fazem com que os elétrons façam a transição da banda de condução de um material para os elétrons livres no vácuo ou gás.
  • Térmico: os fótons fazem com que os elétrons façam a transição para estados de intervalo intermediário e decaem de volta para as bandas inferiores, induzindo a geração de fônons e, portanto, o calor.
  • Polarização : Os fótons induzem mudanças nos estados de polarização de materiais adequados, o que pode levar à mudança no índice de refração ou outros efeitos de polarização.
  • Fotoquímica: os fótons induzem uma mudança química em um material.
  • Efeitos de interação fracos: os fótons induzem efeitos secundários, como em detectores de arrasto de fótons ou mudanças de pressão de gás nas células de Golay .

Os fotodetectores podem ser usados ​​em diferentes configurações. Sensores únicos podem detectar os níveis gerais de luz. Um conjunto 1-D de fotodetectores, como em um espectrofotômetro ou um scanner de linha , pode ser usado para medir a distribuição de luz ao longo de uma linha. Uma matriz 2-D de fotodetectores pode ser usada como um sensor de imagem para formar imagens a partir do padrão de luz antes dela.

Um fotodetector ou matriz é normalmente coberto por uma janela de iluminação, às vezes com um revestimento anti-reflexo .

Propriedades

Existem várias métricas de desempenho, também chamadas de figuras de mérito , pelas quais os fotodetectores são caracterizados e comparados

  • Resposta espectral: A resposta de um fotodetector em função da frequência dos fótons.
  • Eficiência quântica : o número de portadores (elétrons ou lacunas ) gerados por fóton.
  • Responsividade : A corrente de saída dividida pela potência total da luz incidente sobre o fotodetector.
  • Potência equivalente a ruído : a quantidade de potência de luz necessária para gerar um sinal comparável em tamanho ao ruído do dispositivo.
  • Detetividade : a raiz quadrada da área do detector dividida pela potência equivalente ao ruído.
  • Ganho: A corrente de saída de um fotodetector dividida pela corrente produzida diretamente pelos fótons incidentes nos detectores, ou seja, o ganho de corrente embutido .
  • Corrente escura : a corrente que flui através de um fotodetector mesmo na ausência de luz.
  • Tempo de resposta : o tempo necessário para que um fotodetector vá de 10% a 90% da produção final.
  • Espectro de ruído: A tensão ou corrente intrínseca de ruído em função da frequência. Isso pode ser representado na forma de densidade espectral de ruído .
  • Não linearidade: A saída de RF é limitada pela não linearidade do fotodetector

Dispositivos

Agrupados por mecanismo, os fotodetectores incluem os seguintes dispositivos:

Fotoemissão ou fotoelétrico

Semicondutor

Fotovoltaico

Térmico

Fotoquímica

Polarização

Fotodetectores de grafeno / silício

Foi demonstrado que uma heterojunção de grafeno / silício tipo n exibe um forte comportamento retificador e alta fotorresposta. O grafeno é acoplado a pontos quânticos de silício (Si QDs) no topo do Si em massa para formar um fotodetector híbrido. Os Si QDs causam um aumento do potencial integrado da junção grafeno / Si Schottky enquanto reduzem a reflexão óptica do fotodetector. Ambas as contribuições elétricas e ópticas de Si QDs permitem um desempenho superior do fotodetector.

Alcance de frequência

Em 2014, uma técnica para estender a faixa de frequência do fotodetector baseado em semicondutor para comprimentos de onda mais longos e de baixa energia. Adicionar uma fonte de luz ao dispositivo efetivamente "preparou" o detector de modo que, na presença de comprimentos de onda longos, ele disparasse em comprimentos de onda que, de outra forma, não teriam energia para fazê-lo.

Veja também

Referências

links externos