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Fotodiode

Eine Fotodiode oder auch Photodiode ist eine Halbleiter-Diode, die sichtbares Licht, in manchen Ausführungen auch IR-, UV- oder Röntgenstrahlen, an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren Fotoeffekt in einen elektrischen Strom umwandeln.

Sie werden unter anderem verwendet, um Licht in eine elektrische Spannung oder einen Strom umzusetzen oder um mit Licht übertragene Informationen zu empfangen.

Schaltzeichen

Fotodioden: oben eine Germanium-Fotodiode, darunter Silizium-Fotodioden

Aufbau

Fotodioden bestehen zum Beispiel aus Silizium- (für sichtbares Licht bis ca. 1 µm Wellenlänge), Germanium- (für Infrarot bis etwa 1,8 µm Wellenlänge) oder anderen, inzwischen auch organischen, Halbleiterdetektor-Materialien. Für einen ähnlichen Wellenlängenbereich wie den des Germanium sind Fotodioden aus dem besser geeigneten Material InGaAs üblich.

Fotodioden können auch für den Bereich des mittleren Infrarot (Wellenlänge 5…20 µm) gefertigt werden (CdTe-, Ge:Au-Dioden). Sie müssen dann allerdings zum Beispiel mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, weil die Wärmebewegung bei Raumtemperatur ausreicht, um Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband zu heben. Dadurch wird der Dunkelstrom dieser Photodioden bei Raumtemperatur so groß, dass das zu messende Signal darin untergeht. Ein zweiter Grund ist die ansonsten stattfindende Überlagerung der IR-Strahlung des Sensorgehäuses selbst.

Da Licht auf den p-n-Übergang treffen muss, befindet sich dieser hinter einer transparenten Elektrode (z. B. aus Indiumzinnoxid (kurz ITO für englisch indium tin oxide )). Auch muss die obere n-Dotierungsschicht sehr dünn sein, damit das Licht nicht bereits dort absorbiert wird. Oft befindet sich vor der Fotodiode zusätzlich ein lichtdurchlässiges Schutzfenster oder sie befindet sich in transparentem Vergussmaterial.

PIN-Fotodioden weisen durch die intrinsische Schicht zwischen p- und n- Schicht im allgemeinen eine höhere zulässige Sperrspannung und eine geringere Sperrschichtkapazität C

S auf. Dadurch wird die Bandbreite vergrößert.