Een fotodiode werkt door gebruik te maken van het foto-elektrische effect om lichtfotonen om te zetten in elektrische stroom. Wanneer licht met voldoende energie (golflengte) het halfgeleidermateriaal van de fotodiode raakt, genereert het elektron-gatparen binnen het uitputtingsgebied van de diode. Dit gebied wordt gecreëerd door het halfgeleidermateriaal te doteren om een p-n-overgang te vormen. De elektronen-gatparen die door de geabsorbeerde fotonen worden gecreëerd, worden vervolgens weggevaagd door het elektrische veld dat aanwezig is in het uitputtingsgebied, waardoor een fotostroom ontstaat die door een extern circuit vloeit wanneer de fotodiode in omgekeerde richting is voorgespannen. Deze stroom is recht evenredig met de intensiteit van het invallende licht, waardoor de fotodiode lichtniveaus nauwkeurig kan detecteren en meten.
Een fotodiode genereert stroom door het proces van het absorberen van fotonen van lichtenergie. Wanneer fotonen het halfgeleidermateriaal van de fotodiode treffen, exciteren ze elektronen van de valentieband naar de geleidingsband, waardoor elektronen-gatparen ontstaan. In een fotodiode met omgekeerde voorspanning worden deze elektron-gatparen gescheiden door het interne elektrische veld van het uitputtingsgebied. De elektronen worden naar de n-kant geveegd en de gaten naar de p-kant, wat resulteert in een stroom door een extern circuit dat is verbonden met de fotodiode. Deze fotostroom is direct evenredig met de intensiteit van het invallende licht en zorgt ervoor dat de fotodiode kan functioneren als een lichtsensor of detector.
Een fotodiode detecteert licht door fotonen van lichtenergie om te zetten in elektrische stroom. Wanneer licht op de fotodiode valt, genereert het elektron-gatparen binnen het uitputtingsgebied van het halfgeleidermateriaal. Dit proces vindt plaats vanwege het foto-elektrische effect, waarbij fotonen met voldoende energie elektronen van de valentieband naar de geleidingsband exciteren. De resulterende elektron-gatparen dragen bij aan een fotostroom die door een extern circuit stroomt dat is verbonden met de fotodiode. Door de omvang van deze fotostroom te meten, kan de fotodiode de intensiteit van invallend licht detecteren en kwantificeren, waardoor het een essentieel onderdeel wordt in verschillende optische detectie- en communicatietoepassingen.
Het werkingsprincipe van een LED (Light-Emitting Diode) en een fotodiode verschilt fundamenteel op basis van hun respectieve rol bij lichtemissie en detectie. Een LED werkt door elektrische energie om te zetten in lichtenergie via het proces van elektroluminescentie. Wanneer ze voorwaarts gericht zijn, recombineren elektronen en gaten in het halfgeleidermateriaal van de LED, waardoor fotonen van licht worden uitgezonden. Dit proces wordt aangedreven door de energiebandafstand van het halfgeleidermateriaal dat in de LED wordt gebruikt. Een fotodiode daarentegen werkt in tegengestelde richting om licht te detecteren. Het zet invallende fotonen om in elektrische stroom via het foto-elektrisch effect, zoals eerder beschreven. Hoewel beide apparaten halfgeleidermaterialen gebruiken, zijn LED’s geoptimaliseerd voor efficiënte lichtemissie, terwijl fotodiodes zijn geoptimaliseerd voor gevoelige lichtdetectie.
Een fotodetector, die apparaten zoals fotodiodes en fototransistors omvat, werkt door lichtenergie om te zetten in een elektrisch signaal. Fotodetectoren werken doorgaans op basis van het principe van het absorberen van fotonen en het genereren van een stroom of spanning die evenredig is aan de intensiteit van het invallende licht. In het geval van fotodiodes genereren ze bij blootstelling aan licht een fotostroom, die kan worden gemeten en gebruikt om de aanwezigheid of intensiteit van licht te detecteren. Fotodetectoren worden veel gebruikt in toepassingen zoals optische communicatie, fotometrie, spectroscopie en beeldvorming, waarbij nauwkeurige detectie en meting van lichtsignalen van cruciaal belang zijn voor nauwkeurige gegevensverzameling en -analyse.