Fotodioden sind Sensoren die Licht in elektrische Energie umwandeln. Es handelt sich um Bauelemente der Optoelektronik, die als Germanium- oder Siliziumdioden in Sperrrichtung betrieben werden und auf dem Photoeffekt basieren. Zwischen den beiden dotierten Halbleiterschichten (P und N) befindet sich ein undotierter Bereich.

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Kennlinienfeld von Fotodioden mit Kennlinie für die Beleuchtungsstärke (lx)

Aus diesem werden bei Lichteinfall durch den lichtelektrischen Effekt freie Elektronen aus der atomaren Struktur herausgerissen, deren Anzahl von der Lichtintensität abhängt. Der Sperrstrom ist abhängig von der Beleuchtungsstärke (lx): Je höher die Beleuchtungsstärke, desto höher der Sperrstrom. Der Sperrstrom ist weitestgehend unabhängig von der angelegten Sperrspannung. Bei der Fotodiode unterscheidet man zwischen dem Sperrbetrieb, bei dem der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand proportional der Beleuchtungsstärke ist, und dem Elementarbetrieb, der sich durch eine hohe Temperaturunabhängigkeit auszeichnet.

Im Gegensatz zum Fotowiderstand haben Fotodioden eine wesentlich geringere Trägheit und können Signale im Nano- und Mikrosekunden-Bereich schalten. Die Schaltgeschwindigkeit hängt von der Sperrspannung ab, je höher diese ist, desto kürzer werden die Schaltzeiten. Das hängt damit zusammen, dass bei Erhöhung der Sperrspannung die Kapazität der Sperrschicht geringer wird.

Kennlinien von Fotodioden aus Silizium und Germanium

Die spektrale Empfindlichkeit von Fotodioden hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab. Bei Selen (Se) liegt die höchste spektrale Empfindlichkeit bei 500 nm bis 600 nm, bei Galliumarsenid (GaAs) bei 700 nm bis 800 nm, bei Silizium (Si) zwischen 800 nm bis 900 nm und bei Germanium bei etwa 1.400 nm, also bei Infrarot. Daher werden diese Bauelemente speziell in der Infrarottechnik eingesetzt.

Beispiele für Fotodioden sind die kostengünstigen PIN-Dioden und die empfindlichere APD-Dioden. Fotodioden finden ihren Einsatz in Lichtschranken, Fernbedienungen und in der Lichtmessung, sie werden in optischen Übertragungssystemen und in Solarzellen eingesetzt.