I fotodiodi sono disponibili in diversi tipi, ciascuno adatto a diverse applicazioni in base alla struttura e ai principi di funzionamento. Una classificazione comune si basa sul materiale utilizzato nella loro costruzione, come i fotodiodi al silicio (Si), che sono ampiamente utilizzati per la loro convenienza e disponibilità in varie dimensioni e configurazioni. I fotodiodi al silicio sono sensibili alla luce visibile e al vicino infrarosso e trovano applicazioni nella comunicazione ottica, nel rilevamento della luce e nei sistemi di imaging.
Un fotodiodo è un dispositivo a semiconduttore che converte la luce in corrente elettrica quando esposto ai fotoni. Funziona sulla base dell’effetto fotovoltaico, dove i fotoni assorbiti creano coppie elettrone-lacuna all’interno del materiale semiconduttore, risultando in un flusso di corrente proporzionale all’intensità della luce incidente. Oltre al silicio, altri materiali come l’arseniuro di gallio (GaAs) e l’arseniuro di indio e gallio (InGaAs) vengono utilizzati per realizzare fotodiodi sensibili a lunghezze d’onda specifiche, compresi i fotodiodi a infrarossi (IR) utilizzati nelle telecomunicazioni e nelle applicazioni di rilevamento.
Nelle comunicazioni in fibra ottica vengono utilizzati diversi tipi di fotodiodi a seconda della lunghezza d’onda dei segnali ottici che devono rilevare. Ad esempio, i fotodiodi al silicio sono adatti per le lunghezze d’onda visibili e del vicino infrarosso, mentre i fotodiodi InGaAs sono utilizzati per lunghezze d’onda più lunghe nello spettro infrarosso. Questi fotodiodi sono componenti cruciali nei ricevitori in fibra ottica, riconvertendo i segnali ottici in segnali elettrici per l’elaborazione e l’ulteriore trasmissione nelle reti di comunicazione.
Un fotodiodo è classificato come un tipo di sensore perché rileva la luce o la radiazione ottica e la converte in un segnale elettrico. A differenza dei sensori ottici passivi che si limitano a trasmettere o riflettere la luce, un fotodiodo genera attivamente una corrente elettrica proporzionale all’intensità della luce incidente. Ciò rende i fotodiodi preziosi in applicazioni quali esposimetri, interruttori ottici, lettori di codici a barre e strumenti biomedici dove sono necessari un rilevamento e una misurazione precisi della luce.
Un fotodiodo PIN e un fotodiodo a valanga (APD) sono tipi specializzati di fotodiodi progettati per caratteristiche prestazionali specifiche. Un fotodiodo PIN (dove PIN sta per regioni di tipo p, intrinseco e di tipo n) ha uno strato intrinseco tra le regioni di semiconduttore di tipo p e di tipo n. Offre tempi di risposta più rapidi e un rumore inferiore rispetto ai fotodiodi convenzionali, rendendolo adatto per applicazioni ad alta velocità come la comunicazione ottica e la fotometria. Al contrario, un fotodiodo a valanga (APD) funziona con una tensione di polarizzazione inversa più elevata, provocando la ionizzazione per impatto dei portatori di carica nel materiale semiconduttore. Questo effetto di moltiplicazione si traduce in una maggiore sensibilità e prestazioni di rumore inferiori, in particolare in condizioni di scarsa illuminazione o in sistemi di comunicazione ottica a lunga distanza in cui i segnali deboli necessitano di amplificazione prima del rilevamento. Gli APD sono quindi impiegati in applicazioni che richiedono elevata sensibilità e capacità di conteggio dei fotoni, come in astronomia, lidar (rilevamento e misurazione della luce) e sistemi di comunicazione ottica ad alta velocità.