Fotodiode

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.


Die Elektronenemission von Fotodioden basiert auf dem Photoeffekt. Durch diesen Effekt werden bei Lichteinfall 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 weitestgehend unabhängig von der angelegten Sperrspannung ist.

Kennlinienfeld von Fotodioden mit Kennlinie für die Beleuchtungsstärke (lx)

Kennlinienfeld von Fotodioden mit Kennlinie für die Beleuchtungsstärke (lx)

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.

Kennwerte von Fotodioden

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

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 empfindlicheren APD-Dioden. Fotodioden finden ihren Einsatz in Lichtschranken, Fernbedienungen und in Lichtmessgeräten; außerdem werden sie in optischen Übertragungssystemen und in Solarzellen eingesetzt.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Fotodiode
Englisch: photo diode
Veröffentlicht: 25.03.2014
Wörter: 300
Tags: #Passive Bauelemente
Links: Beleuchtungsstärke, Empfindlichkeit, Fotowiderstand, GaAs (gallium arsenide), Germanium