Na fotomultiplicação, um fóton pode de fato gerar múltiplos portadores de carga, levando à produção de quatro ou mais portadores de carga. Aqui está uma visão geral do processo:
1.
Absorção de fótons: Quando um fóton com energia suficiente atinge um material semicondutor, ele pode ser absorvido por um átomo do material.
2.
Geração de par elétron-buraco: O fóton absorvido transfere sua energia para um elétron dentro do átomo, fazendo com que o elétron seja excitado para um nível de energia mais alto. Isso deixa para trás um “buraco” carregado positivamente na posição original do elétron. O elétron excitado e a lacuna constituem um par elétron-buraco.
3.
Deriva e Difusão: O par elétron-buraco passa por processos de deriva e difusão. O campo elétrico presente no material semicondutor (devido à polarização aplicada ou potencial embutido) faz com que os elétrons e buracos se movam em direção aos seus respectivos eletrodos (regiões tipo n e tipo p).
4.
Ionização por impacto: À medida que o elétron e o buraco se movem através do material semicondutor, eles podem ganhar energia cinética suficiente para liberar elétrons adicionais dos átomos com os quais colidem. Este processo, conhecido como ionização por impacto, leva à geração de novos pares elétron-buraco.
5.
Efeito Avalanche: Os elétrons e buracos recém-criados podem sofrer eventos de ionização de impacto adicionais, levando a um efeito de avalanche. Cada elétron ou buraco pode potencialmente criar vários pares elétron-buraco adicionais por meio da ionização por impacto.
Como resultado deste processo, um único fóton pode desencadear uma cascata de eventos de ionização, gerando, em última instância, múltiplos portadores de carga. O número total de portadores de carga produzidos pode ser significativamente maior que o único fóton original, resultando na amplificação do sinal.
Fotomultiplicadores e fotodiodos de avalanche são dispositivos eletrônicos que utilizam esse fenômeno para detectar e amplificar sinais de pouca luz, permitindo que sejam medidos e processados com eficácia.
