I fotodiodi sono fortemente drogati per aumentare la loro sensibilità alla luce e migliorare le loro prestazioni come rilevatori di luce. Il doping si riferisce all’aggiunta intenzionale di impurità in un materiale semiconduttore per alterarne le proprietà elettriche. Nel caso dei fotodiodi, questi vengono generalmente drogati per aumentare il numero di portatori di carica (elettroni e lacune) all’interno del materiale semiconduttore. Questa maggiore concentrazione di portatori di carica consente ai fotodiodi di generare una fotocorrente maggiore quando esposti alla luce. Drogando pesantemente il materiale semiconduttore, i fotodiodi possono raggiungere una maggiore efficienza quantistica, che è fondamentale per convertire in modo efficiente i fotoni (particelle luminose) in segnali elettrici.
Anche i LED, o diodi emettitori di luce, sono dispositivi a semiconduttore fortemente drogati, ma per uno scopo diverso rispetto ai fotodiodi. I LED sono progettati per emettere luce quando la corrente li attraversa in una condizione polarizzata direttamente. Sono costituiti da una giunzione p-n fortemente drogata in cui un lato (tipo p) e l’altro (tipo n) hanno alte concentrazioni di droganti, sia accettori (per tipo p) che donatori (per tipo n). Questo forte drogaggio garantisce che quando viene applicata una tensione diretta, un gran numero di portatori di carica si ricombinano attraverso la giunzione, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Maggiore è la concentrazione di drogaggio, più efficiente diventa il LED nell’emettere luce in risposta all’eccitazione elettrica.
“Fortemente drogato” nel contesto dei semiconduttori si riferisce all’elevata concentrazione di atomi di impurità aggiunti intenzionalmente al reticolo cristallino del semiconduttore. Queste impurità alterano in modo significativo la conduttività elettrica del semiconduttore e altre proprietà. Ad esempio, in un semiconduttore fortemente drogato, sono disponibili più portatori di carica (elettroni o lacune) per la conduzione rispetto ai semiconduttori leggermente drogati o intrinseci. Questa caratteristica è fondamentale affinché vari dispositivi a semiconduttore funzionino come previsto, ad esempio nei fotodiodi per il rilevamento della luce o nei LED per l’emissione di luce.
Nei diodi, le impurità sono fortemente drogate sia nelle regioni di tipo p che di tipo n per creare un gradiente di concentrazione significativo di portatori di carica attraverso la giunzione. Ad esempio, in un tipico diodo al silicio, la regione di tipo p è drogata con impurità accettrici (ad esempio boro), mentre la regione di tipo n è drogata con impurità donatrici (ad esempio fosforo). Questo forte drogaggio crea una regione di forte svuotamento alla giunzione dove gli elettroni della regione di tipo n e le lacune della regione di tipo p si combinano, consentendo il flusso di corrente in una direzione (polarizzazione diretta) e bloccandolo nella direzione opposta (polarizzazione inversa). . La concentrazione di queste impurità viene attentamente controllata durante la fabbricazione del semiconduttore per garantire che il diodo presenti le caratteristiche elettriche desiderate, come caduta di tensione diretta e corrente di dispersione inversa.