Eine Fotodiode leitet bei Sperrspannung, da sie bei Sperrspannung lichtempfindlich ist. Wenn die Fotodiode Licht ausgesetzt wird, erzeugen Photonen im Verarmungsbereich Elektron-Loch-Paare. Diese Ladungsträger werden durch das im Sperrvorspannungszustand vorhandene elektrische Feld schnell über den Übergang hinweggespült, was zu einem Photostrom führt, der proportional zur Intensität des einfallenden Lichts ist. Bei Vorwärtsspannung wird das elektrische Feld reduziert und die Fotodiode reagiert weniger auf Licht, wodurch sie für die Erkennung von Lichtsignalen unwirksam wird.
Die Fotodiode wird in Sperrrichtung betrieben, da diese Konfiguration ihre Fähigkeit zur Lichterkennung verbessert. Bei umgekehrter Vorspannung erweitert sich der Verarmungsbereich und stellt ein größeres Volumen bereit, in dem Licht Elektron-Loch-Paare erzeugen kann. Die umgekehrte Vorspannung erzeugt außerdem ein starkes elektrisches Feld, das diese Paare schnell trennt und einen messbaren Strom erzeugt, der der Intensität des Lichts entspricht. Die Vorwärtsvorspannung verringert die Breite des Verarmungsbereichs und die Stärke des elektrischen Feldes, wodurch die Lichtempfindlichkeit der Fotodiode verringert wird.
Fotodioden sind typischerweise in Sperrrichtung vorgespannt, da dieser Vorspannungszustand ihre Empfindlichkeit und Reaktionszeit auf Licht maximiert. Bei umgekehrter Vorspannung ist das elektrische Feld im gesamten Verarmungsbereich stark, was die schnelle Trennung und Sammlung der photogenerierten Ladungsträger erleichtert. Dies führt zu einem höheren und genaueren Fotostrom, was die Sperrvorspannung zum bevorzugten Modus für Anwendungen macht, die eine präzise und effiziente Lichterkennung erfordern, wie etwa in der optischen Kommunikation und Sensorik.
Eine Fotodiode ist bei Verwendung als Fotodetektor immer in Sperrrichtung vorgespannt, um sicherzustellen, dass sie mit maximaler Empfindlichkeit und Geschwindigkeit arbeitet. Die umgekehrte Vorspannung erzeugt einen breiten Verarmungsbereich und ein starkes elektrisches Feld, die für die effiziente Erzeugung und Sammlung von Ladungsträgern, die durch einfallende Photonen erzeugt werden, unerlässlich sind. Dadurch kann die Fotodiode einen Strom erzeugen, der direkt proportional zur Lichtintensität ist, was sie für die Umwandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale äußerst effektiv macht.
Um eine optimale Leistung hinsichtlich Empfindlichkeit und Reaktionszeit zu erzielen, ist der Betrieb einer Fotodiode mit Sperrvorspannung erforderlich. Die Sperrvorspannung gewährleistet einen breiten Verarmungsbereich und ein starkes elektrisches Feld, die für die effiziente Umwandlung von Licht in elektrischen Strom entscheidend sind. Die Vorspannungsschaltung einer beleuchteten Fotodiode umfasst typischerweise eine Sperrspannungsquelle, die über die Diode angeschlossen ist, wobei die Anode mit dem Minuspol und die Kathode mit dem Pluspol verbunden ist. Die charakteristischen Kurven einer Fotodiode unter Beleuchtung zeigen einen linearen Anstieg des Fotostroms mit zunehmender Lichtintensität, was den direkten Zusammenhang zwischen Lichteinwirkung und elektrischer Leistung verdeutlicht.