¿Qué es un Fotodiodo de Avalancha?
Los fotodiodos de avalancha, conocidos como APD por sus siglas en inglés (Avalanche Photodiodes), constituyen una variante de los fotodiodos (PD) capaz de transformar la energía lumínica en energía eléctrica.
Su función principal radica en la detección precisa de la luz, así como en la captación de intensidades lumínicas específicas. Entre sus características destacan su velocidad ultrarrápida y su excelente capacidad de respuesta. También pueden generar una amplificación por avalancha de electrones. Esto le confiere la característica de tener una función de amplificación cuando se aplica una fuerte tensión inversa, lo que permite detectar incluso señales ópticas débiles.
Aplicaciones de Fotodiodos de Avalancha
Los APD son un tipo de DP, pero su aplicación es ligeramente diferente debido a sus características: se utilizan para medir la intensidad luminosa o la intensidad de la luz y para detectar señales luminosas, y están incorporados en una amplia gama de productos que utilizamos. Los APD se utilizan de forma similar para detectar la luz, pero incluso la luz demasiado débil para ser detectada por las DP ordinarias puede ser detectada por los APD. Esto se debe a que la alta tensión inversa aplicada provoca una amplificación de avalancha, que produce un gran cambio incluso en la luz más débil.
Principio de los Fotodiodos de Avalancha
Como su nombre indica, los APD provocan avalanchas de electrones cuando se aplican tensiones inversas elevadas. La avalancha de electrones es un fenómeno en el que una sola colisión de electrones provoca la producción de un electrón tras otro. En este caso, los fotones que colisionan con los átomos semiconductores generan electrones, que son acelerados por la alta tensión aplicada. A continuación, los electrones acelerados colisionan con otros átomos a gran velocidad, produciendo electrones uno tras otro. Este fenómeno se denomina “amplificación de avalancha” porque los electrones se generan y amplifican en forma de “avalancha”.
La estructura es una unión pn en la que los semiconductores de tipo p y n están combinados, pero hay una capa p con una concentración de portadores diferente. La estructura consiste en una capa p con alta concentración de portadores y una capa p con baja concentración de portadores superpuesta a la unión pn normal. La capa p con baja concentración de portadores absorbe la luz y genera huecos, mientras que la capa p en la unión pn acelera los electrones generados con alto voltaje para generar una avalancha de electrones, provocando la amplificación de la avalancha. Si la luz detectada es débil, se generan pocos electrones y huecos, pero esta amplificación puede generar muchas veces más electrones, lo que resulta útil para detectar luz débil.
Ventajas e Inconvenientes de los Fotodiodos de Avalancha
Las siguientes propiedades son ventajas de los fotodiodos de avalancha:
- Alta fotosensibilidad
- Tiempo de respuesta rápido
- Alta fiabilidad
Aunque ofrecen las anteriores características de alta calidad, también tienen desventajas, como la necesidad de altas tensiones inversas cuando se utilizan y cambios dependientes de la temperatura en el efecto de la multiplicación de avalancha.
Mercado Mundial de Fotodiodos de Avalancha
Se espera que el mercado mundial de fotodiodos de avalancha alcance los 150 millones de USD en 2019 y se prevé que crezca a una TCAC del 3,5% de 2020 a 2027, alcanzando un tamaño de mercado de más de 200 millones de USD en 2027.
Los fotodiodos de avalancha son extremadamente versátiles, ya que se pueden utilizar para diversas aplicaciones de uso final, como aplicaciones aeroespaciales, de TI y médicas, y se espera que el mercado crezca en el futuro.
Se espera que el mercado se expanda, y los siguientes son algunos de los factores de crecimiento y restricción del mercado
- Factores de crecimiento del mercado.
Las aplicaciones en la industria de la tecnología óptica, la creciente demanda de dispositivos y sistemas de diagnóstico relacionados con la medicina y la rápida digitalización en los países en desarrollo se consideran factores de crecimiento del mercado. - Factores de restricción del mercado.
Los problemas técnicos y característicos del uso de fotodiodos de avalancha limitan su versatilidad, lo que supone un freno al crecimiento del mercado.
Desarrollo de Fotodiodos de Avalancha
No obstante, los fotodiodos de avalancha presentan limitaciones, como la necesidad de altas tensiones y sensibilidad a la temperatura. Se investigan Fotodiodos de Avalancha que operen con tensiones más bajas para facilitar su uso en diferentes dispositivos.
Estos dispositivos, los fotodiodos de avalancha o APD, derivan su nombre de sus siglas en inglés: Avalanche Photodiodes. Representan una evolución de los fotodiodos convencionales (PD), diseñados para convertir la energía proveniente de la luz en energía eléctrica de manera efectiva.
La tarea fundamental que desempeñan es la detección altamente precisa de la radiación lumínica, al mismo tiempo que son capaces de capturar niveles específicos de intensidad luminosa.