Post on 05-Feb-2018
OPTOELECTRNICA
OPTOELECTRNICATratamiento de la radiacin electromagntica en el rango de las frecuencias pticas y su conversin en seales elctricas y viceversa.El rango del espectro electromagntico donde se desarrollan los fenmenos donde se desarrollan los fenmenos optoelectrnicos es:
UNIDADES RADIOMETRICAS Y FOTOMETRICAS
Electromagnetic_spectrum-es.svg (Imagen SVG, nominalmente 1.176 360 pixels, tamao de archivo: 231 KB)
OPTOELECTRONICA
Conversin electro ptica
Electro Opto
Seal Elctrica
Seal ptica
Conversin ptica elctrica
Electro
Opto
Seal pticaSeal Elctrica
CONVERSIN ELETRO -PTICA
Cuando un semiconductor se encuentra excitado. O sea que dispone de electrones en la banda de conduccin, puede emitir fotones como resultado de la recombinacin de los electrones de la banda de de los electrones de la banda de conduccin que saltan hacia la banda de valencia Conversin elctrica en ptica.
Fenmeno de recombinacin de electrones de la banda de conduccin con huecos de la banda de Valencia Si el semiconductor es del tipo Directo se genera un Fotn desapareciendo el electrn y el huecoPor ejemplo el ARSENIURO DE GALIO NaGa El Silicio Si es del tipo indirecto, la recombinacin de electrones de la banda de conduccin con huecos de la banda de Valencia genera Fonones (Calor)
EMISORES
SEMICONDUCTOR
Banda de Conduccin
Banda de Valencia
Foton
Electrones
Huecos
E=0
E=-Ec
E=-Ev
CONVERSIN PTO ELETRICA
Cuando un fotn de energa W incide en un semiconductor que tiene una energa de banda prohibida igual a al energa del fotn, este excita los electrones de la banda de valencia hacindolos saltar a la banda de conduccin (fenmeno de absorcin)conduccin (fenmeno de absorcin)Conversin ptica en elctrica.
FENOMENO DE ABSORCION DE FOTONES
Como resultado de la absorcin de un fotn se genera un par electrn HuecoSon los conversores pticos elctricos, por ejemploLDR Light Depend ResistorFotodiodoFototransistor
RECEPTORES
SEMICONDUCTOR
Banda de Conduccin
Banda de Valencia
Fotn Incidente
Electrones
Huecos
E=0
E=-Ec
E=-Ev
Tanto para la absorcin como para a emisin, la energa del
fotn asociado es:
Donde h es la constante de Planck, h=6.62E-34 [J.s] y f es la frecuencia expresada en Hertz de la onda asociada.
Como el Fotn se mueve a la velocidad de la luz (3E8[m/seg])
Donde es la longitud de onda [m] y f es la frecuencia. Luego:
Expresando W[eV] en eV electrn-volt = 1,6E(-19) Joule Se tiene que :
Considerando a la Optoelectrnicacomo un problema de telecomunicaciones podemos clasificar a los componentes en
GENERADORES o EMISORES Y RECEPTORES.
Emisores:Emisores: Receptores:Receptores:Emisores:Emisores:
Lmparas de descarga
LED
LED Lser
Display
Receptores:Receptores:
LDR
Fotodiodos
Fototransistores
CCD
GENERADORES Y RECEPTORES
GENERADORES DIODOS EMISORES DE LUZ (LED)DIODOS LASERTUBOS DE DESCARGA GASEOSA
RECEPTORES De efecto fotoelctrico interno
De juntura Fotodiodo FototransistorFototiristorCelda SolarCelda Solar
Resistivos Resistores dependientes de la luz (LDR)
De efecto fotoelctricoexterno
FotoclulasFotomultiplicadores
GENERADORES OPTOELECTRNICOS
DIODOS EMISORES DE LUZ (LED):
La generacin fotnica es el resultado de una recombinacin electrn hueco espontnea en un semiconductor directo.
Espontneacompletamente aleatoria, no ordenada o inducida por algn agente externo. Los fotones emitidos originan un haz de luz completamente incoherente.
TIPOS DE RECOMBINACIN DE ELECTRONES:
1. Recombinacin entre electrones libres de la banda de conduccin y huecos libres de la banda de valencia.
2. Recombinacin de electrones libres de la banda de conduccin y los iones de los niveles aceptores.
3. Recombinacin entre electrones de los niveles 3. Recombinacin entre electrones de los niveles donores y iones de los niveles aceptores.
4. Recombinacin entre electrones de los niveles donores y huecos de la banda de valencia.
Para que el proceso de recombinacin electrn hueco origine un fotn, la recombinacin se debe producir sin cambios en la cantidad de movimiento del sistema. Esto se da en los materiales de tipo directo. En cambio en los materiales indirectos, la recombinacin se da con variacin en la cantidad de movimiento y lo que se origina es un FONN (fotn de caractersticas trmicas) originando calentamiento del sistema, ms que radiacin ptica.Para entender este fenmeno se debe analizar el diagrama de energas versus la cantidad de movimiento del sistema. energas versus la cantidad de movimiento del sistema.
Para el caso particular de una juntura PN polarizada directa, la inyeccin de portadores minoritarios en las zonas neutras, en la vecindad de la juntura origina un aumento de la recombinacin. A esta inyeccin de portadores en la juntura, que produce fotones como resultado del proceso de como resultado del proceso de recombinacin, se la llama inyeccin Luminiscente.Esta es la razn por la que los LED para que emitan flujo lumnico deben estar polarizados directos.
fFo pn(x)
N (ND)P (NA)
LED
Light Emiting DiodeJuntura PN polarizada directa para favorecer el fenomeno de recombinacion
foton
oton
pn(x)np(x)
pnonpo
MATERIALES DIRECTOS UTILIZADOS PARA LA FABRICACIN DE DIODOS LED:
GaAs (Arseniuro de Galio). GaP (Fosfuro de Galio). InP (Fosfuro de Indio). GaSb (Antimoniuro de Galio) InAs (Arseniuro de Indio). InSb (Antimoniuro de Indio). InSb (Antimoniuro de Indio). AlxGa(1-x)As (Arseniuro de Galio Aluminio). GaAs(1-x)Px (Fosfuro Arseniuro de Galio) InGaAsP (Fosfuro Arseniuro de Galio Indio).
OBS: El Silicio y el Germanio son materiales por naturaleza indirectos, y por lo tanto no se usan para fabricar diodos LED.
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Las impurezas izoelectrnicas colocan estados permitidos en la banda prohibida y convierten al material de indirecto en directo.
MATERIALES DIRECTOS e INDIRECTOS
Grupos III, IV y V de Tabla Peridica
GRUPO III GRUPO IV GRUPO V
5B
6C
7N
13Al
14Si
15PAl Si P
31Ga
32Ge
33As
49In
50Sn
51Sb
LED
Zona P
Anodo
v()
Zona N
Katodo
Estructura de un LEDEstructura de un LED
Caractersticas del LED
Caracteristicas del LED
Es un dispositivo Semiconductor formado por una p-n junction Normalmente construido de Un semiconductor Directo como el
GaAs, GaAsP , GaP : Debe estar polarizado directo con corriente CC Emite LUZ incoherente debido a un proceso de recombinacion de
electrones con huecos en las zonas cercanas a la juntura o sea Recombinacionluzelectrones con huecos en las zonas cercanas a la juntura o sea Recombinacionluz
El color de la luz emitida esta determinado por el ancho de la zona prohibida (separacin entre banda de valencia y conduccin del semiconductor usado
Si y Ge no se utilizan por que son semiconductores indirectos y el proceso recombinacion entre bandas resulta en calor
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PRODUCCIN CUNTICA Q (para un LED):
Nmero de fotones emitidos por unidad de tiempo, por el numero de electrones que son puestos en juego por el proceso por unidad de tiempo. nE: n de electrones por unidad tiempo. nE: n de electrones por unidad
de tiempo = I.t/q .nF: n de fotones por unidad de tiempo = ().t/ (h.f)
I: corriente directa del diodo.: flujo emitido por el LED.
Q= ()/I * (q / h Co) *
SENSIBILIDAD DEL LED: cociente entre el flujo radiante y la corriente elctrica que lo origina.
S=flujo () / corriente = () / I
Intensidad Relativa versus corriente directa del diodo LED
MODULACIN
MODULACIN
MODULACIN