Eine Fotodiode nutzt den fotoelektrischen Effekt, um Lichtphotonen in elektrischen Strom umzuwandeln. Wenn Licht ausreichender Energie (Wellenlänge) auf das Halbleitermaterial der Fotodiode trifft, erzeugt es Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich der Diode. Dieser Bereich entsteht durch Dotierung des Halbleitermaterials, um einen pn-Übergang zu bilden. Die durch die absorbierten Photonen erzeugten Elektron-Loch-Paare werden dann durch das im Verarmungsbereich vorhandene elektrische Feld weggespült und erzeugen einen Photostrom, der durch einen externen Stromkreis fließt, wenn die Photodiode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Dieser Strom ist direkt proportional zur Intensität des einfallenden Lichts, sodass die Fotodiode die Lichtstärke genau erkennen und messen kann.
Eine Fotodiode erzeugt Strom durch den Prozess der Absorption von Photonen der Lichtenergie. Wenn Photonen auf das Halbleitermaterial der Fotodiode treffen, regen sie Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband an und erzeugen so Elektron-Loch-Paare. In einer in Sperrrichtung vorgespannten Fotodiode werden diese Elektron-Loch-Paare durch das interne elektrische Feld des Verarmungsbereichs getrennt. Die Elektronen werden zur n-Seite und die Löcher zur p-Seite bewegt, was zu einem Stromfluss durch einen externen Stromkreis führt, der mit der Fotodiode verbunden ist. Dieser Fotostrom ist direkt proportional zur Intensität des einfallenden Lichts und ermöglicht es der Fotodiode, als Lichtsensor oder Detektor zu fungieren.
Eine Fotodiode erkennt Licht, indem sie Photonen der Lichtenergie in elektrischen Strom umwandelt. Wenn Licht auf die Fotodiode trifft, erzeugt es Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich des Halbleitermaterials. Dieser Prozess erfolgt aufgrund des photoelektrischen Effekts, bei dem Photonen mit ausreichender Energie Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband anregen. Die resultierenden Elektron-Loch-Paare tragen zu einem Photostrom bei, der durch einen externen Stromkreis fließt, der mit der Photodiode verbunden ist. Durch die Messung der Größe dieses Fotostroms kann die Fotodiode die Intensität des einfallenden Lichts erkennen und quantifizieren, was sie zu einer wichtigen Komponente in verschiedenen optischen Sensor- und Kommunikationsanwendungen macht.
Das Funktionsprinzip einer LED (Leuchtdiode) und einer Fotodiode unterscheidet sich grundlegend aufgrund ihrer jeweiligen Rolle bei der Lichtemission und -erkennung. Eine LED wandelt elektrische Energie durch den Prozess der Elektrolumineszenz in Lichtenergie um. Bei Vorspannung in Vorwärtsrichtung rekombinieren Elektronen und Löcher im Halbleitermaterial der LED und emittieren Lichtphotonen. Dieser Prozess wird durch die Energiebandlücke des in der LED verwendeten Halbleitermaterials angetrieben. Im Gegensatz dazu arbeitet eine Fotodiode in Sperrrichtung, um Licht zu erkennen. Es wandelt einfallende Photonen durch den photoelektrischen Effekt in elektrischen Strom um, wie zuvor beschrieben. Während beide Geräte Halbleitermaterialien verwenden, sind LEDs für eine effiziente Lichtemission optimiert, während Fotodioden für eine empfindliche Lichterkennung optimiert sind.
Ein Fotodetektor, der Geräte wie Fotodioden und Fototransistoren umfasst, wandelt Lichtenergie in ein elektrisches Signal um. Fotodetektoren arbeiten typischerweise nach dem Prinzip, Photonen zu absorbieren und einen Strom oder eine Spannung zu erzeugen, die proportional zur Intensität des einfallenden Lichts ist. Im Fall von Fotodioden erzeugen sie bei Lichteinwirkung einen Fotostrom, der gemessen und zur Erkennung der Anwesenheit oder Intensität von Licht verwendet werden kann. Fotodetektoren werden häufig in Anwendungen wie optischer Kommunikation, Photometrie, Spektroskopie und Bildgebung eingesetzt, bei denen eine präzise Erkennung und Messung von Lichtsignalen für eine genaue Datenerfassung und -analyse von entscheidender Bedeutung ist.