1. Instituto Tecnológico de Matamoros
Dispositivos opticos
Especialidad: Ing. Electrónica
Materia: Física de semiconductores
Maestro: José Luis Cuellar Ruiz
Representante de equipo: Isael Gustavo Zanella
Integrantes equipo 6:
Jorge Alejandro Reyes Torres
Mario Arturo Cruz Colunga
Hermenegildo Martínez de la Cruz
Miguel Ángel Fierros Peña
Isael Gustavo zanella
H. Matamoros, Tamaulipas. 19/Octubre/2012

2. Fotodiodo
La longitud de onda es importante porque determina el tipo de material que se
utilizara en el dispositivo optoelectrónico. La respuesta espectral relativa del
Ge, Si y selenio se señala en la figura.
El número de electrones libres generado en cada material es
proporcional a la intensidad de la luz incidente. La intensidad luminosa es una
medida de la cantidad de flujo luminoso que incide sobre el área de una
superficie particular. El flujo luminoso, por lo general se mide en lúmenes (lm) o
watts. Las dos unidades se encuentran relacionadas mediante
1 lm/ft2=1fc=1.496x10-9W
La intensidad luminosa normalmente se mide en lm/ft2, pies candela (fc) o
W/m2, donde
Lm/ft2= 1fc=1.609x10-9 W/m2
El fotodiodo es un dispositivo semiconductor de unión p-n cuya región de
operación se limita a la región de polarización inversa.
La corriente de saturación inversa se encuentra normalmente limitada a
unos cuantos microamperes. Esto se debe únicamente a los portadores
minoritarios térmicamente generados en los materiales de tipo n y de tipo p. La
aplicación de luz a la unión ocasionaría una transferencia de energía de las
ondas de luz incidentes (en forma de fotones) hacia la estructura atómica, lo
que ocasionaría un incremento en el número de portadores minoritarios y un
nivel mayor de corriente inversa.

3. La corriente de obscuridad es la corriente que se presenta sin
iluminación aplicada. Observe que la corriente solamente regresaría a cero
con una polarización aplicada positiva igual a Vr. adema, la figura demuestra el
uso de un lente para concentra la luz sobre la región de la unión.
El Ge abarca un espectro más amplio de longitudes de onda que el Si.
Esto lo vuelve adecuado para luz incidente en la región infrarroja que
proporcionan las fuentes luminosas de laser e IR (infrarrojos). Por supuesto, el
Ge tiene mayor corriente de obscuridad que el silicio, pero también tiene un
mayor nivel de corriente inversa. El nivel de corriente generado por la luz
incidente sobre un fotodiodo es tal que no es posible utilizarla como un control
directo, pero puede amplificarse para este propósito.
Aplicación del fotodiodo.
El fotodiodo se utiliza en un sistema de alarma. La corriente inversa I λ
permanecerá fluyendo siempre que el rayo de luz no se interrumpa. Si esto
sucede, Iλ caerá al nivel de corriente de obscuridad y la alarma se activara.

4. DIODOS EMISORES DE LUZ (LED)
El diodo emisor de luz (LED) es, como su nómbrelo indica, un diodo que
producirá luz visible cuando se encuentre energizado. En cualquier unión p-n
polarizada directamente, dentro de la estructura y cerca principalmente de la
unión, ocurre una recombinación de huecos y electrones. Esta recombinación
requiere que la energía que posee un electrón libre no ligado se transfiera a
otro estado. En las uniones p-n de semiconductor una parte de esta energía se
convertirá en calor y otro tanto en la forma de fotones. En el silicio y el
germanio, el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es
insignificante. En otros materiales, como el fosfuro de arseniuro de galio
(GaAsP) o el fosfuro de galio (GaP), el número de fotones de la energía
luminosa emitida es suficiente para crear una fuente luminosa muy visible.
El proceso de producción de luz aplicando una fuente de energía eléctrica se
denomina electroluminiscencia.
Como se muestra en la figura 1, la superficie conductora conectada al material
p es mucho menor para permitir que sobresalga un número máximo de fotones
de energía luminosa. Nótese que en la figura que la recombinación de los
portadores inyectados debidos a la unión polarizada directamente da como
resultado la emisión de luz en el sitio de la recombinación. Desde luego, es
posible que haya algo de absorción de los paquetes de energía fotonica en la
propia estructura, pero un porcentaje bastante elevado es capaz de
abandonarla, como se muestra en la figura.
Figura 1 (a) Proceso de electroluminiscencia en el LED; (b) Símbolo grafico.
Como el LED es un dispositivo de unió p-n, tendrá una característica de
polarización directa (figura 2a) similar a las curvas de respuesta del diodo.
Notese el aumento casi lineal en la intensidad luminosa relativa con la corriente
en sentido directo. (figura 2b).

5. Figura 2(a).
Figura 2(b).

6. Diodo Laser
En un LED los electrones libres radian luz cuando caen de niveles de energía superior
a niveles inferiores y lo hacen de forma aleatoria y continuamente produciendo
longitudes de onda con fases entre 0 y 360 grados .La luz tiene muchas fases
diferentes se llama luz no coherente, por consiguiente un LED produce luz no
coherente.
Un diodo laser es diferente en ese aspecto, ya que produce luz coherente, lo
que significa que todas las ondas luminosas están en fase entre si, la idea básicas de
un diodo laser consiste en usar una cámara resonante con espejos que esfuerza la
emisión de ondas luminosas a la misma frecuencia y fase .A causa de esta
resonancia, un diodo laser produce un haz de luz estrecho que es muy intenso,
enfocado y puro.
El diodo laser también se le conoce como laser semiconductor. Estos
diodos pueden producir luz visible (roja, verde y azul) y luz invisible (infrarroja).se usan
en productos de consumo y comunicaciones de banda ancha.
Aplicaciones del diodo laser
Entre los primeros encontramos los diodos laser en los reproductores de
discos compactos e impresoras laser. En comunicaciones de banda ancha se usan
con cables de fibra óptica para incrementar la velocidad en internet.
Un cable de fibra óptica es análogo a un par trenzado, excepto que las trenzas
son una fibra de vidrio plástico delgada y flexible que transmiten un haz de luz en lugar
de los electrones libres. La ventaja consiste en que se puede enviar mucha
información a través de un cable de fibra óptica que a través de un cable de cobre.

7. Fotoresistor (Celdas Fotoconductoras)
La celda fotoconductora es un dispositivo semiconductor de dos terminales
cuya resistencia terminal varía (linealmente) con la intensidad de luz incide. Por
razones obvias, con frecuencia se llama dispositivo fotorresistivo. En la grafica
de abajo se ilustra la construcción típica de una celda fotoconductora junto con
el símbolo gráfico más común.
Entre los materiales fotoconductores mas frecuente están el sulfuro de cadmio
(CdS) y el seleniuro de cadmio (CdSc). La respuesta espectral pico ocurre a
aproximadamente 5100ª para CdS y a 6150 A para CdSe (observe la figura de
abajo). El tiempo de las unidades de CdS es alrededor de 100 ms y el de las
celdas de CdSe es de 10 ms. La celda fotoconductora no tiene unión como el
fotodiodo. Una delgada capa del material conectada entre las terminales
simplemente se expone a la energía luminosa incidente.
A medida que la iluminación que incide en el dispositivo se hace mas intensa,
el estado energético de un mayor número de electrones es la estructura
también se incrementara debido a la disponibilidad incrementada de los
paquetes de fotones de energía. El resultado es un número cada vez mayor de
electrones “Libres” en la estructura y la reducción de la resistencia terminal. La
curva de sensibilidad de un dispositivo fotoconductor típico aparece en la figura
16.28. Observe la linealidad (cuando se traza utilizando una escala logarítmica)
de la curva resultante y el gran cambio en la resistencia (100kΩ→100Ω) para el
cambio indicado de iluminación.

8. Estructura
Símbolo
Aplicación
En la figura 16.30 aparece una aplicación bastante sencilla pero interesante del
dispositivo. El propósito del sistema es mantener V a un nivel fijo aunque V,
puede fluctuar a partir de su valor nominal. Como se indica en la figura, la celda
fotoconductora., el foco y el resistor forman parte de este sistema regulador. Si
por cualquier razón la magnitud de V, se reduce, la brillantez del foco también
se reduce. La reducción de la iluminación aumenta la resistencia (R) de la
celda fotoconductora para mantener V a su nivel nominal como lo determina la
regla del divisor de voltaje es decir,

11. Celda solar
En años recientes se ha incrementado el interés de en la celda solar como
fuente alternativa de energía. Cuando consideramos que la densidad de
potencia recibida del sol es aproximadamente 100mW/cm²(1kW/m²)ciertamente
es una fuente de energía que requiere mas investigación y desarrollo para
incrementar al máximo la eficiencia de conversión de energía solar a energía
eléctrica
La construcción básica de una celda solar de unión p-n de silicio se muestra en
la figura anterior como aparece en la vista superior, se procura en la medida
de lo posible que el área dela superficie perpendicular al sol sea la máxima
.obsérvese que el conductor metálico conectado al material tipo p y el espesor
del material tipo p garantiza que llegue la unión la máxima cantidad de fotones
de energía luminosa. Un fotón de energía luminosa en esta región puede
chocar con el electrón de valencia e impartirle suficiente energía para que
abandone el átomo padre .El resultado es la generación de electrones huecos y
libres. Este fenómeno ocurrirá en ambos lados de la unión. En el material tipo p
los electrones recién generados son portadores minoritarios y se moverán con
cierta libertad atraves de la union

12. El selenio y el silicio son los materiales mas utilizados para las celdas solares , aunque
también se utiliza el Arseniuro de Galio , Arseniuro de Indio y sulfuro de cadmio.

14. Bibliografía
R.L Boylestad,N.L Nashelsky,”Teoria de circuitos y Dispositivos
electrónicos”
10ª edición ,editorial PEARSON,
Malvino Albert,J.Bates David,”Principios de Electronica”
7ª edición editorial Mc Graw Hill