Eine Fotodiode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht in elektrischen Strom umwandelt. Es arbeitet im Sperrvorspannungsmodus, bei dem Lichtphotonen, wenn sie auf die Diode treffen, Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich des Halbleiters erzeugen. Dadurch entsteht ein Stromfluss proportional zur Intensität des einfallenden Lichts. Fotodioden werden häufig in Anwendungen wie optischer Kommunikation, Lichtsensorik, Photometrie und Bildgebung eingesetzt, wo ihre Lichtempfindlichkeit eine präzise Erkennung und Messung ermöglicht.
Eine Fotodiode ist speziell darauf ausgelegt, Lichtphotonen zu erkennen und darauf zu reagieren. Sie unterscheidet sich von einer normalen Diode dadurch, dass sie eher für die Lichtabsorption als für die Stromgleichrichtung optimiert ist. Wenn Photonen ausreichender Energie auf das Halbleitermaterial der Fotodiode treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare, die zum elektrischen Stromfluss beitragen. Dieser Prozess ermöglicht es Fotodioden, optische Signale in elektrische Signale umzuwandeln, was sie zu wesentlichen Komponenten in Lichtsensor- und optischen Kommunikationssystemen macht.
Das Prinzip einer Fotodiode basiert auf dem fotoelektrischen Effekt, bei dem einfallende Photonen mit ausreichender Energie Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband des Halbleitermaterials anregen. Dadurch werden Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich der Fotodiode erzeugt, was zu einem Stromfluss führt, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Die erzeugte Strommenge ist direkt proportional zur Intensität des einfallenden Lichts, sodass Fotodioden die Lichtstärke in verschiedenen Anwendungen genau erfassen und quantifizieren können.
Der Hauptunterschied zwischen einer normalen Diode und einer Fotodiode liegt in ihren beabsichtigten Funktionen und Funktionsprinzipien. Eine normale Diode, beispielsweise eine Silizium- oder Germaniumdiode, wird hauptsächlich zum Gleichrichten von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) und zum Blockieren des Stromflusses in Rückwärtsrichtung verwendet, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Im Gegensatz dazu ist eine Fotodiode speziell darauf ausgelegt, auf Lichtphotonen zu reagieren, indem sie optische Energie in elektrischen Strom umwandelt. Fotodioden bestehen aus Materialien und Dotierungsprofilen, die für die Lichtempfindlichkeit optimiert sind, während normale Dioden für elektronische Gleichrichtungs- und Schaltanwendungen optimiert sind.
Eine Leuchtdiode (LED) und eine Fotodiode sind beides Halbleiterbauelemente mit unterschiedlichen Funktionen und Funktionsprinzipien. Eine LED emittiert Licht, wenn sie in Vorwärtsrichtung betrieben wird, und wandelt dabei elektrische Energie in Photonen um. Im Gegensatz dazu erkennt eine Fotodiode Licht und wandelt Photonen in elektrischen Strom um, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist. Obwohl beide Geräte aus ähnlichen Halbleitermaterialien bestehen, sind ihre Konstruktionen und Dotierungsprofile unterschiedlich optimiert: LEDs sind für eine optimale Lichtemissionseffizienz ausgelegt, während Fotodioden für die Lichterkennungsempfindlichkeit optimiert sind. Aufgrund dieser Unterschiede eignen sich LEDs für Displays, Anzeigen und Beleuchtungsanwendungen, während Fotodioden für Lichterfassung, optische Kommunikation und Bildgebungsanwendungen, bei denen eine genaue Lichterkennung von entscheidender Bedeutung ist, unerlässlich sind.