Fotoresistencia

Fotoresistencia (LDR)

La fotorresistencia, como su nombre lo indica, es un resistencia cuyo valor dependen de la energía luminosa incidente en ella, específicamente son resistencias cuyo valor de resistividad disminuye a medida que aumenta la energía luminosa incidente sobre ella y viceversa. Una fotorresistencia se compone de un material semiconductor cuya resistencia varia en función de la iluminación. La fotorresistencia reduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.

Figura 1. Símbolo de la Fotoresistencia

Figura 2. Fotoresistencia

Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la banda de conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su resistencia. Las fotorresistencias se caracterizan por la ecuación:

Donde:

R: resistencia de la fotoresistencia

A,α: constantes que dependen del semiconductor utilizado.

E: densidad superficial de la energía recibida.

Principio de Funcionamiento

La resistencia de este tipos de componentes varia en función de la luz que recibe en su superficie. Así, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben luz su resistencia disminuye considerablemente. Cuando incide la luz en el material fotoconductor se generan pares electrón - hueco. Al haber un mayor número de portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la fotorresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en encapsulados de vidrio o resina.

Figura 3. Fotogeneración de Portadores

Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta volver hasta sus valores iniciales. Por lo tanto el número de portadores disminuirá y el valor de la resistencia será mayor. Por supuesto, el material de la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas.

Figura 4. Estado de Conducción sin Fotogeneración

Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda determinada. Esta longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá ser suministrada por el proveedor. En general, la variación de resistencia en función de la longitud de onda presentan curvas como las de la figura siguiente:

Figura 5. Curva característica de la LDR

Tipos

En general, un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. En dispositivos intrínsecos, los únicos electrones disponibles están en la banda de la valencia, por lo tanto el fotón debe tener bastante energía para excitar el electrón a través de toda la banda prohibida. Por otro lado en los dispositivos extrínsecos tienen impurezas agregadas, que tienen energía de estado a tierra más cercano a la banda de conducción puesto que los los electrones adquieren una energía inicial mayor que en el caso intrínseco, y por lo tanto no tienen que saltar lejos, es necesaria una energía (frecuencia, intensidad) menor para lograr el paso de un electrón a la banda de conducción.

En el caso específico de las fotorresistencias existen las lineales y no lineales:

LDR lineales: son mejor conocidas como fotodiodos pero bajo ciertas aplicaciones es posible tratarlas como fotorresistencias debido al comportamiento lineal que presentan. Para considerar un fotodiodo como una fotorresistencia lineal simplemente se polariza en inverso.

LDR no lineales: son aquellas hechas comúnmente cuyo comportamiento no depende de la polaridad aplicada sobre ella.

Construcción

Se fabrican de diversos tipos. Las células baratas del sulfuro del cadmio se pueden encontrar en muchos artículos del consumidor por ejemplo cámara fotográfica, medidores de luz, los relojes con radio, las alarmas de seguridad y los sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles en función de la luz ambiente. En otro extremo de la escala, los fotoconductores de Ge:CuUn ciclo típico de procedimientos en litografía de silicio podría constar de los siguientes procesos: son los sensores que funcionan dentro de la gama más baja "radiación infrarroja. Se utiliza sulfuro de cadmio purificado y en forma de polvo que, mezclado con las materias complementarias adecuadas, es prensado en forma de discos. Estos se someten a sinterización, controlando cuidadosamente las condiciones del proceso, tales como presión, temperatura y tiempo de tratamiento térmico. Los electrodos se aplican por evaporación en vacío. Después se sueldan a éstos los hilos de conexión y el disco LDR con terminales se monta en esa cápsula o se recubre con una laca protectora.

Preparación del substrato: Se empieza depositando una capa de metal conductivo de varios nanómetros de grosor sobre el substrato.

Aplicación de las resinas fotoresistentes. Se aplica sobre la capa metálica otra capa de resina fotoresistente. Suele ser una sustancia que cambia sus características químicas con la exposición a la luz (generalmente radiación ultravioleta)

Introducción en el horno (calentamiento ligero). En esta etapa se fijan las resinas sobre el substrato de silicio.

Exposición a la luz. Se usa una placa (denominada fotomáscara) con áreas opacas y transparentes con el patrón a imprimir. La fotomáscara se coloca interponiéndose entre la placa preparada y la fuente luminosa, de este modo, se exponen a la luz, sólo unas partes de la fotoresina, mientras que otras quedan ocultas en la oscuridad.

Desarrollo. En esta fase, la fotoresistencia está preparada para reaccionar de forma diferente a un ataque químico, dejando el patrón de la fotomáscara grabado en la placa.

Introducción

...