Si alguna vez ha tenido que elegir un fotodiodo para un proyecto y se ha quedado mirando las hojas de datos hasta que le han dolido los ojos, no es el único. La gran pregunta suele ser: “¿Me decido por el silicio o el germanio?”. Ambos funcionan muy bien, pero son totalmente diferentes dependiendo de la luz que quieras captar. Vamos a explicarlo en lenguaje llano, sin necesidad de un doctorado.
¿Por qué comparar el silicio y el germanio?
Los fotodiodos de silicio están por todas partes. ¿La cámara de tu teléfono? De silicio. ¿La mayoría de los receptores de fibra óptica? De silicio. Barato, resistente y muy sensible entre 400 nm y 1100 nm. El germanio, en cambio, es un poco más “especial”. Ve mucho más profundamente en el infrarrojo, hasta alrededor de 1800 nm, por lo que es el más adecuado cuando se trabaja con longitudes de onda de telecomunicaciones de 1310 nm o 1550 nm o cuando se hacen cosas de visión nocturna.
Un vistazo rápido a lo del rango de longitud de onda:
| Material | Rango de sensibilidad principal | La respuesta máxima suele rondar | Goes Out To (utilizable) |
|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | 400-1100 nm | 900-980 nm | ~1100 nm |
| Germanio (Ge) | 800-1800 nm | 1450-1550 nm | ~1850 nm |
Sí, el germanio básicamente se ríe de cualquier cosa más allá de 1100 nm y dice “te tengo”.”
Sensibilidad y eficiencia cuántica: ¿quién gana dónde?
El silicio se impone en el visible y el infrarrojo cercano hasta los 1.000 nm. La eficiencia cuántica (QE) típica de un buen fotodiodo PIN de Si es de 85-95% en torno a los 900 nm. Tenemos algunos Fotodiodos PIN de Si en Bee Photon que alcanzó 0,65 A/W a 850 nm sin sudar.
El QE del germanio alcanza picos más bajos -normalmente 70-90% en la región de 1300-1550 nm-, pero sigue siendo muy bueno para algo que realmente puede ver tan lejos. ¿El inconveniente? El germanio tiene una mayor corriente oscura (fugas cuando no incide la luz), a veces entre 10 y 100 veces más que el silicio a temperatura ambiente. Esto significa más ruido si se trabaja con poca luz y sin refrigeración.
Fotodiodo PIN de Si con baja corriente oscura (350-1060nm) PDCC34-001
Bee Photon ofrece un fotodiodo PIN de Si COB compacto con una amplia respuesta espectral (350-1060 nm). Este fotodiodo Chip-on-Board presenta una baja corriente oscura, ideal para aplicaciones integradas y con limitaciones de espacio.
Ruido y temperatura: la parte no tan divertida
He aquí algo que aprendí por las malas en un proyecto para un cliente: la corriente oscura del germanio se duplica aproximadamente cada 8-10 °C. ¿La del silicio? Más bien cada 15-18 °C. Si su detector va a estar en una caja que se calienta, el silicio suele comportarse mejor sin un refrigerador termoeléctrico.
Cifras reales de Hamamatsu y otras hojas de datos fiables (dominio público):
| Temperatura | Corriente oscura típica de Si (nA) | Corriente oscura típica de Ge (nA) |
|---|---|---|
| 25 °C | 0.1 - 2 | 50 - 500 |
| 40 °C | ~1 - 10 | 500 - 5000 |
Por eso, muchas aplicaciones industriales o de exterior prefieren el silicio, a menos que necesiten la longitud de onda más larga.
Rapidez: ¿cómo reaccionan?
Ambos pueden fabricarse rápidamente, pero las estructuras PIN de silicio son más fáciles de fabricar con baja capacitancia. Un fotodiodo PIN de Si de 1 mm² puede dar fácilmente un tiempo de subida <1 ns. El germanio es un poco más lento porque el material en sí tiene un mayor tiempo de vida del portador y la capacitancia tiende a ser mayor para la misma área activa. Los tiempos de subida típicos de los PIN de Ge son de 2 a 10 ns, que siguen siendo rapidísimos para la mayoría de los usos en telecomunicaciones o LIDAR, pero no llegan al territorio del silicio.
Costes reales (precios aproximados de 2025)
| Tipo | Precio típico (1-99 unidades) | Precio por mm² de superficie activa |
|---|---|---|
| PIN de Si estándar (InGaAs no) | $2 - $15 | ~$3-8 |
| Fotodiodo PIN de germanio | $25 - $120 | ~$30-100 |
| InGaAs refrigerado (si se alarga aún más) | $200+ | El cielo es el límite |
El germanio es realmente entre 5 y 20 veces más caro que el silicio para un tamaño similar. Si tu jefe te pregunta “¿podemos utilizar silicio en su lugar?” y solo trabajas a 850 nm o 980 nm, la respuesta casi siempre es sí, y te ahorrarás un dineral.
Cuando recomendamos el germanio (sí, ocurre)
El año pasado tuvimos un cliente que hacía OCT (tomografía de coherencia óptica) a 1300 nm. El silicio era completamente ciego allí. Cambiamos un fotodiodo de germanio, pero el ruido era más alto de lo que les gustaba, así que añadimos un pequeño TEC y un amplificador de transimpedancia diseñado por nosotros. Resultado: una relación señal/ruido 5 veces mejor que la de su anterior intento de silicio. Sonreían de oreja a oreja.
Otra divertida: un laboratorio de investigación mide las líneas de absorción del vapor de agua en torno a 1650 nm. ¿Silicio? No. El germanio dio en el clavo a la primera.
Hoja de decisiones rápidas
Elige Silicio si:
- Su luz es de 400-1050 nm
- Quiere poco ruido sin refrigeración
- Asuntos presupuestarios
- Necesita una respuesta superrápida (<1 ns)
Elige Germanio si:
- Estás trabajando 1200-1800 nm
- Puedes tolerar (o enfriar) una mayor corriente oscura
- Velocidad alrededor de 2-10 ns está bien
- El dinero es menos importante que ver la luz
¿Aún no está seguro? Escríbenos a info@photo-detector.com - literalmente hacemos esto para ganarnos la vida.
Pongámoslo en una mesa una vez más (porque las mesas mandan)
| Característica | Fotodiodos de silicio | Fotodiodos de germanio | Ganador por mayor número de personas |
|---|---|---|---|
| Longitud de onda | 400-1100 nm | 800-1800 nm | Depende de su λ |
| Respuesta máxima | ~0,6-0,7 A/W @ 900 nm | ~0,9-1,1 A/W @ 1550 nm | Corbata |
| Corriente oscura (25 °C) | Súper bajo | Notablemente superior | Silicio |
| Estabilidad térmica | Excelente | Necesita refrigeración por encima de ~35 °C | Silicio |
| Velocidad | Más rápido (sub-ns posible) | Un poco más lento | Silicio |
| Coste | Barato | Ouch | Silicio |
| Disponibilidad | En todas partes | Menos proveedores | Silicio |
Real Talk: ¿Es el germanio alguna vez “mejor”?
Mejor es la palabra equivocada. Es diferente. Piensa en ello como en los objetivos de una cámara: un objetivo de 50 mm es barato y nítido, pero si necesitas fotografiar pájaros a 300 m de distancia, coges el teleobjetivo de 600 mm aunque cueste diez veces más y pese una tonelada.
FAQ - Cosas que la gente nos pregunta
P: ¿Puedo utilizar un fotodiodo de silicio con un filtro óptico para bloquear la luz visible y fingir que funciona a 1550 nm?
R: Jaja, no. El bandgap del silicio es de ~1,1 eV, por lo que los fotones a 1550 nm (0,8 eV) simplemente no crean pares electrón-hueco. Medirás exactamente cero fotocorriente. Los filtros no cambian mágicamente la física.
P: ¿El germanio es tóxico, radiactivo o algo así?
R: No. El germanio puro es tan peligroso como el silicio. El viejo rumor proviene del tetracloruro de germanio (utilizado en la producción de fibras), que es desagradable si se respira, pero el cristal en sí es totalmente seguro.
P: ¿Por qué algunas cámaras SWIR de gama alta utilizan ahora InGaAs en lugar de germanio?
R: InGaAs tiene menos ruido, funciona muy bien entre 900 y 1700 nm (o incluso 2600 nm) y la corriente oscura es mucho menor que la del germanio. Pero cuesta una fortuna. El germanio sigue siendo el rey del presupuesto si sólo necesita hasta ~1800 nm y puede enfriarlo un poco.
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Elija el fotodiodo adecuado sin perder la cabeza mirando hojas de datos.
- El equipo de Fotón abeja
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