Wie erkennt eine Fotodiode Licht?

Wie erkennt eine Fotodiode Licht?

LEDs können auch als Fotodioden verwendet werden, da sie an ihrer Verbindungsstelle Licht aussenden und erfassen können. Alle PN-Übergänge sind lichtempfindlich und können in einem fotoleitenden, unverzerrten Spannungsmodus verwendet werden, wobei der PN-Übergang der Fotodiode immer in Sperrichtung vorgespannt ist, sodass nur die Dioden lecken oder Dunkelstrom fließen können.

Das Funktionsprinzip einer Fotodiode besteht darin, dass ein Photon, das mit großer Energie auf die Diode trifft, ein Elektronenloch bildet. Dieser Mechanismus wird auch als interner photoelektrischer Effekt bezeichnet. Wenn die Absorption in der Barriereschicht erfolgt, werden die Ladungsträger durch das eingebaute elektrische Feld der Barriereschicht aus der Barriereschicht entfernt.

Daher bewegen sich Löcher in der Region zur Anode und Elektronen zur Kathode, und es wird ein Photostrom erzeugt. Der Gesamtstrom durch die Diode ist die Summe aus Lichtausfall und Photostrom. Daher muss der fehlende Strom reduziert werden, um die Empfindlichkeit des Geräts zu maximieren.

Wie reagiert eine Fotodiode auf Sonnenlicht?

Fotodioden sind Halbleiterbauelemente, die Licht erkennen und in elektrischen Strom umwandeln sollen. Bei Einwirkung von Sonnenlicht, das aus einem breiten Wellenlängenspektrum besteht, reagieren Fotodioden wie folgt:

1. Absorption von Photonen: Fotodioden bestehen aus einem lichtempfindlichen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium. Wenn Photonen des Sonnenlichts mit dem Halbleitermaterial interagieren, können sie vom Material absorbiert werden. Die Energie der absorbierten Photonen wird auf die Elektronen im Material übertragen und versetzt diese in einen höheren Energiezustand.

2. Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren: Die absorbierten Photonen erzeugen Elektron-Loch-Paare innerhalb des Halbleitermaterials. Die Energie der Photonen führt dazu, dass sich Elektronen aus ihren Atombindungen lösen und positiv geladene Löcher zurücklassen. Dieser Vorgang wird als Photoanregung oder Photogeneration bezeichnet.

3. Trennung der Ladungsträger: Die neu entstandenen Elektron-Loch-Paare werden durch das interne elektrische Feld innerhalb der Fotodiode getrennt. Die negativ geladenen Elektronen bewegen sich in Richtung des n-Typ-Bereichs der Fotodiode, während sich die positiv geladenen Löcher in Richtung des p-Typ-Bereichs bewegen.

4. Stromfluss: Die getrennten Ladungsträger führen zu einem Stromfluss innerhalb der Fotodiode. Die Stärke dieses Photostroms ist proportional zur Intensität des einfallenden Sonnenlichts. Der Photostrom kann gemessen und zur Bestimmung der Lichtintensität oder als Grundlage für die weitere Signalverarbeitung verwendet werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Fotodioden einen begrenzten spektralen Empfindlichkeitsbereich haben. Verschiedene Arten von Fotodioden sind für bestimmte Wellenlängenbereiche optimiert und ihre Empfindlichkeit variiert über das Spektrum. Beispielsweise sind Silizium-Fotodioden empfindlich gegenüber sichtbarem und nahinfrarotem Licht, während andere Materialien wie Galliumarsenid oder Indiumgalliumarsenid für eine erweiterte Empfindlichkeit bis in den Infrarotbereich hinein verwendet werden.

Da sie die Reaktion von Fotodioden auf Sonnenlicht nutzen, werden sie häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Solarenergieüberwachung, Lichtsensorik, optische Kommunikationssysteme und Umweltüberwachung.

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