Resumo aula anterior

1. Resumo aula anterior • Figuras de mérito dos detectores: NEP, R, tc, D • Dois tipos de detectores: • Fotônicos • Térmicos • Detectores fotônicos: • Fotoemissivos: tubos a vácuo, efeito fotoelétrico, channeltron, PMT • Semicondutores: fotodiodos, fotocondutores, fotovoltaicos Dispoptic 2010

2. Nosso último assunto foi sobre fotodiodos de Si Dispoptic 2010

3. Fotodiodo • Fotoexcitação numa junção pn Dispoptic 2010

4. Fenômenos na junção pn • Junção pn com pol. Reversa • Diagrama de banda de energia • Distribuição de portadores minoritários Circuito aberto Dispoptic 2010

5. Fotodiodo de silício Dispoptic 2010

6. Detectores fotovoltaicos Dispoptic 2010

7. Resposta espectral de D* de detectores fotovoltaicos Dispoptic 2010

8. O mesmo principio é usado na obtenção de células solares Dispoptic 2010

9. http://www.specmat.com/Overview%20of%20Solar%20Cells.html A = encapsulamento que sela a célula do ambiente externo, pode ser vidro ou plástico B = grade de contato, bom material condutor, que pode servir como coletor de elétrons C = Camada Anti-Refletora, com índice de refração e espessura apropriados, guia a luz para dentro da célula, evitando que a luz incidente seja refletida para fora da célula D = silício tipo -n (e.g. P ou As como impurezas) E = silício tipo -p (e.g. B) F = contato metálico recobrindo toda a base da célula Dispoptic 2010

10. Numa maneira ilustrativa Dispoptic 2010

11. Cálculo de célula solar Dispoptic 2010 http://jas.eng.buffalo.edu/education/pnapp/solarcell/index.html

12. Eficiência da célula solar • É um tema atual, pode-se dizer que existe até publicações indicando até 100% de eficiência? • http://www.tgdaily.com/content/view/39807/113/ • The material is comprised of a hybrid of plastics, molybdenum and titanium. • Outro: http://www.nature.com/naturejobs/science/jobs/89795-Nitride-materials-for-high-efficiency-solar-cells Como era considerado: Dispoptic 2010

13. Eficiência de células solares Dispoptic 2010

14. Outros detectores Dispoptic 2010

15. Detectores PIN e APD • Detectores térmicos • Fotoacústicos Dispoptic 2010

16. Detectores usados em fibras ópticas • PIN diode ou diodo PIN (P Intrinsic N). O diodo PIN possui uma camada intrínseca entre as camadas P e N de um diodo. • APD (Avalanche PhotoDiode) ou fotodiodo de avalanche. Mais sensível que o fotodiodo pin Dispoptic 2010

17. Fotodiodo pn (a) e fotodiodo pin (b) Circuito equivalente Dispoptic 2010

18. Dispoptic 2010

19. Fotodiodo pin • A camada intrínseca serve para aumentar a região da junção, conseqüentemente melhora a fotoconversão. • Modo fotovoltaico qdo não há campo externo • Modo fotocondutor qdo polarizado por fonte externa Dispoptic 2010

20. Resposta espectral fotodiodo pin de Si Responsividade típica R A – REALÇADO PARA 900nm B – REALÇADO PARA 1060nm Destaque para algumas fontes emissivas Dispoptic 2010

21. Fotodiodo avalanche (APD) • A desvantagem de um fotodiodo pin produzir apenas um par de portadores de carga. No APD uma ddp aplicada de forma reversa de até 2kV acelera os fotoelétrons de maneira que cada fotoelétron primário resulta em milhares de elétrons no eletrodo. Dispoptic 2010

22. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/avalanche/index.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/digitalimaging/avalanche/index.html Dispoptic 2010

23. PIN e APD Tabela 1– Comparação de fotodiodo PIN e APDs Dispoptic 2010

24. Sem esquecer o fototransistor Prático, mas convêm ainda o APD Dispoptic 2010

25. Como aumentar a absorção de luz do detector? • Aumentar a sensitividade do detector com filmes anti-refletores. • Criar armadilhas de fótons através de bobinas de nano-fios refrigerados THeL. Aumento de fótons armadilhados => aumento na eficiência de conversão. Dispoptic 2010

26. Detectores térmicos Termopar Bolômetro Piroelétrico Dispoptic 2010

27. Origem do termopar • Efeito Seebeck • Thomas Johann Seebeck • (1770-1831) • Profissão • Descoberta – bússola • Também denominado de efeito termoelétrico. • Existem outros efeitos termoelétricos. Dispoptic 2010

28. Efeitos termoelétricos • Efeito Seebeck • Efeito Peltier • Efeito Thomson Ocorre quando portadores de carga moveis estão sujeitos à influencia de gradientes de temperatura e/ou gradientes de potencial elétrico. Na ausência de um campo magnético existem três tipos de efeitos termoelétricos. In 1851 William Thomson (later Lord Kelvin) Dispoptic 2010 S.O. Kasap -Thermoelectric effects in metals

29. Efeito Seebeck Dispoptic 2010

30. Efeito Seebeck (Notes on using thermocouples - Dr. Robert J. Moffat, Stanford University) • O coeficiente de Seebeck: • Ferro-constantan (J) • Cromel-alumel (K) • Cobre-constantan (T) • Outros Dispoptic 2010

31. Efeito Peltier • É o efeito reverso do Seebeck • Metal • Semicondutor • é o coeficiente de Peltier Refrigeração, uso doméstico, detectores Dispoptic 2010

32. Efeito Thomson – Lord Kelvin 1851 • Descreve o aquecimento ou resfriamento de um condutor portador de carga com a gradiente de temperatura. r resistividade J densidade de corrente m coeficiente de Thomson(pode ser +-, depende do material) dT/dx gradiente de temperatura Dispoptic 2010

33. Série termoelétrica • MercuryLeadTinChromiumMolybdenumRhodiniumIridiumGoldSilver • AluminiumZincTungstenCadmiumIronArsenicTelluriumGermanium • SiliconBismuthNickelCobaltPalladiumPlatinumUraniumCopperManganeseTitanium Dispoptic 2010

34. Termopar - Termopilha Resposta de 0,16 mV/mW • Termopilha Leybold Dispoptic 2010

35. Outro esquema da termopilha Dispoptic 2010

36. Outros detectores considerados térmicos Piroelétrico • Material não-condutor DT ~ DQ • Baixa potência de detecção • Não recomendável para CW • TGS • DTGS Dispoptic 2010

37. Efeito piroelétrico Dispoptic 2010

38. Fotoacustica Dispoptic 2010

39. Fotoacustica – 1880 – AG Bell - fotofone Dispoptic 2010

40. Fotoacústica – janela opto-térmica Janela com propriedades de coef. de expansão térmica alto Dispoptic 2010

41. Fotoacústica Dispoptic 2010 http://www.photonics.cusat.edu/Research_Photoacoustics.html

42. Fotoacústica Variable Temperature Photoacoustic Cell Variable Temperature Photoacoustic Cell Dispoptic 2010

43. Fotoacústica Liquid Photoacoustic Cell Dispoptic 2010

44. Fotoacústica - microfone Dispoptic 2010

45. Fotoacústica – espectrômetro Dispoptic 2010

46. Outros detectores Dispoptic 2010

47. Bolômetro – 1878 – Samuel Pierpoint Langley DI ~ DR 200m – 1mm 50mK – 300mK Astronomia Partículas Detector que mede a qtd de radiação incidente medindo mudança de resistência produzido pelo aquecimento provocado pela radiação Dispoptic 2010

48. Célula de Golay – (1947 – MJE Golay) 1.- janela 2.- filme semitransparente 3.- 4.- 5.- sistema re-focagem 6.- 7.- 8.- LED 9.- 10.- 11.- fotodiodo Faixa espectral: 1m – 4mm NEP: 7x10-10 W/Hz1/2 Responsividade: 350V/W Tau: 6ms Área sensitiva: 1mmX1mm Dispoptic 2010

49. Câmera CCD • CCD = Charge Coupled Device – 1969 – Willard Boyle & George Smith - ATT Dispoptic 2010

50. CCD • Capturar e armazenar imagens: • Scanners • Telescópio • Leitora codigo de barras • Cameras de video e fotográficas Dispoptic 2010