Fotodioda dalam Penginderaan Biomedis: Mendeteksi Cahaya untuk Pemantauan Kesehatan

Teknologi fotodioda adalah salah satu kemajuan teknologi terpenting yang kita lihat dalam beberapa tahun terakhir. Ia memainkan peran penting dalam mengubah energi cahaya menjadi energi listrik, dan sekarang menjadi komponen elektronik yang banyak digunakan untuk berbagai aplikasi. Beberapa penerapannya saat ini antara lain perangkat penginderaan cahaya, pemantauan kesehatan, dan bahkan infrastruktur jaringan komunikasi global. Pada dasarnya, fotodioda ada dimana-mana dalam aplikasinya saat ini. 

Pada artikel ini, Anda akan mempelajari dasar-dasar fotodioda. Kami juga akan menyoroti hal-hal penting yang perlu Anda ketahui tentang penerapannya dalam penginderaan biomedis. Lanjutkan membaca untuk mengetahui lebih lanjut. 

Dasar-dasar Fotodioda

Fotodioda adalah sejenis semikonduktor alat yang digunakan untuk mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik. Ini memiliki beberapa kesamaan dengan struktur umum dioda. Namun, fotodioda memiliki beberapa fitur struktural unik yang membuatnya menonjol. Agar fotodioda dapat menerima cahaya datang secara efektif, sambungan PN-nya dibuat dengan luas permukaan yang besar, dan elektroda-elektrodanya berukuran kecil. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah kedalaman sambungan PN didesain dangkal. 

Prinsip Kerja Fotodioda

Prinsip kerja fotodioda sangatlah mudah. Ketika dioda terkena foton, hal itu menyebabkan eksitasi elektron yang menghasilkan elektron bebas. Fotodioda bekerja berdasarkan proses penyerapan cahaya yang disebut efek fotolistrik internal. Elektron bebas yang dihasilkan adalah dengan lubang bermuatan positif. 

Ada dua mode operasi yang digunakan oleh fotodioda, yaitu:

• Mode Fotovoltaik: Ketika fotodioda berada dalam mode ini, arus yang mengalir keluar ditekan, menyebabkan potensi terakumulasi di kedua ujung dioda. 
• Mode Fotodioda: Fotodioda berada dalam bias terbalik ketika berada dalam mode ini, dan ini meningkatkan noise tetapi mengurangi waktu respons. Hal ini juga menyebabkan peningkatan lebar lapisan penipisan, yang pada akhirnya menurunkan kapasitansi dan waktu respons. 

Prinsip kerja fotodioda didasarkan pada proses penyerapan cahaya seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Hal ini juga didasarkan pada konversi perubahan cahaya untuk membalikkan perubahan arus. Pembentukan arus foto berasal dari pembangkitan arus oleh arus terang dan arus gelap. Oleh karena itu, penurunan arus gelap diperlukan untuk sensitivitas cahaya yang diperlukan untuk mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik. 

Jenis Fotodioda

Fotodioda terbagi menjadi empat jenis, antara lain sebagai berikut:

• Dioda PIN: Ini juga dikenal sebagai dioda penguncian pergeseran fasa, yang berbeda dari dioda sambungan pn konvensional. Pada dioda sambungan pn konvensional, terdapat lapisan intrinsik yang didoping antara lapisan P dan lapisan N. Jika lapisan ini diolah dengan semikonduktor tipe-P, dioda menjadi dioda PIN tipe-pi. Namun, jika diolah dengan semikonduktor tipe-N, maka menjadi dioda PIN tipe-v. Hal utama yang perlu diperhatikan adalah kedua semikonduktor dalam dioda PIN memiliki bahan semikonduktor yang sangat doping. Dido PIN sebagian besar digunakan sebagai pemindah fasa, attenuator, dan sakelar gelombang mikro. 
• Fotodioda Longsoran: Prinsipnya seperti tabung photomultiplier. Fotodioda longsoran sebagian besar digunakan dalam komunikasi serat optik jarak jauh dan pengukur jarak laser. Mereka juga diterapkan dalam fisika partikel dan tomografi emisi positron. 
• pn Jenis Fotodioda: Dioda sambungan pn terbentuk ketika sambungan dibuat dengan semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N. 
• Dioda Schottky: Ciri utama fotodioda jenis ini adalah sambungan PN dibuat melalui kontak antara semikonduktor dan bahan logam, tidak demikian halnya dengan sambungan PN. Kontak ini juga dikenal sebagai penghalang Schottky, dan menawarkan kualitas unik seperti penurunan tegangan rendah, waktu pemulihan cepat, kemampuan beradaptasi suhu tinggi, dan arus bocor rendah. 

Penggunaan Fotodioda Secara Biomedis

Dengan semua hal di atas, pertanyaan besarnya adalah bagaimana fotodioda digunakan secara medis. Salah satu aplikasi paling umum yang dikenal luas adalah oksimeter, yaitu klip kecil yang digunakan di ujung jari oleh dokter. Tujuan dari alat ini adalah untuk mengukur kapasitas pembawa oksigen dalam darah. 

Perangkat ini juga memungkinkan para profesional medis untuk mengevaluasi kesehatan pasien secara efektif, terutama setelah operasi, serta bagaimana mereka akan merespons obat-obatan tertentu. Prinsip alat ini didasarkan pada kemampuan menyerap cahaya dari oksigen. Ada berbagai panjang gelombang dalam oksimeter, mulai dari 650nm hingga 960nm. Ini juga merupakan panjang gelombang merah dan inframerah. 

Pada dasarnya panjang gelombang darah beroksigen adalah sekitar 960nm, sedangkan panjang gelombang darah beroksigen adalah sekitar 650nm. Kedua panjang gelombang serapan dan perubahan denyut darah ini digunakan dalam menentukan tingkat oksigen dalam darah. Fotodioda mendapatkan penerapan yang luas di sektor medis, hal ini disebabkan karena fotodioda memiliki tingkat kebisingan yang rendah, menawarkan tingkat operasional yang tinggi, dan tidak mengonsumsi banyak daya. 

Saat ini, masih banyak alat kesehatan lain yang digunakan dalam diagnosis dan pengobatan penyakit yang memanfaatkan fotodioda. Hal ini juga mencakup perangkat wearable karena perangkat medis berskala besar biasanya tidak cukup memenuhi kebutuhan rumah sakit sehari-hari untuk pemantauan pasien. Fotodioda medis yang dapat dipakai juga penting karena akan membantu mengurangi biaya perawatan medis secara signifikan. 

Area lain di mana fotodioda diterapkan adalah dalam melakukan pengukuran detak jantung. Ini adalah fitur yang kini disertakan di banyak perangkat kesehatan dan kebugaran. Fotodioda digunakan dalam menghasilkan sinyal dalam perangkat ini. 

Prospek masa depan

Fotodioda memiliki masa depan cerah, terutama dalam penginderaan biomedis, berkat upaya penelitian dan inovasi yang berkelanjutan. Dalam waktu beberapa tahun, perangkat wearable dan biomedis, serta dioda optoelektronik akan lebih tersedia dan diterapkan secara luas di sektor layanan kesehatan untuk pemantauan biomedis. Hal ini selanjutnya akan membantu para profesional medis untuk mencapai pemantauan kesehatan yang berkelanjutan dan non-invasif. Integrasi Internet of Things dan kecerdasan buatan juga merupakan kemungkinan yang akan semakin memungkinkan perangkat biomedis ini. 

Kesimpulan

Pentingnya fotodioda dalam sektor medis tidak bisa terlalu ditekankan. Mereka diterapkan secara luas saat ini untuk diagnosis dan pengobatan beberapa kondisi medis yang lancar. Fotodioda membantu menjembatani kesenjangan antara bidang elektronik dan optik, itulah sebabnya fotodioda banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Pada dasarnya, mereka sangat penting untuk konversi sinyal cahaya menjadi arus listrik yang digunakan dalam berbagai aplikasi.