Fotodiode

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Beschaltung und Kennlinien

Abb.1 Beschaltung und Funktion einer Fotodiode
Abb.2 Kennlinien einer Fotodiode bei unterschiedlicher Beleuchtung

Fotodioden sind kleine einfache und preiswerte Lichtdetektoren. Die wirksame Zone ist die Sperrschicht des pn-Übergangs. Fotodioden müssen in Sperrichtung vorgespannt werden. Zum einen, um die Sperrschicht und damit den empfindlichen Bereich zu vergrößern. Zum anderen, um einen linearen Zusammenhang zwischen dem Signal und der Intensität des einfallenden Lichtes herzustellen. Durch die Beleuchtung wird ein Fotostrom erzeugt, der in Sperrrichtung fließt. Durch Einfügen eines Widerstandes in den Stromkreis, kann man eine Spannung abgreifen, die proportional zum Fotostrom ist. Abb.2 zeigt ein Kennlinienfeld einer Fotodiode bei verschiedenen Lichtintensitäten.

Funktionsweise

Wenn Photonen im Bereich des pn-Übergangs absorbiert werden, wird ihre Energie zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren aufgewendet. Durch diese beweglichen Ladungsträger wird der Widerstand der Sperrschicht gesenkt. Die beweglichen Ladungsträger werden durch das innere elektrische Feld getrennt und vergrößern den Sperrstrom. Die Änderung des Sperrstromes ist proportional zur Anzahl der erzeugten Elektron-Loch-Paare und damit zur Lichtintensität.

Wird dagegen der pn-Übergang nicht vorgespannt, führen die erzeugten Ladungen zum Abbau der Raumladungszone. Der Fotostrom gerät schnell in die Sättigung und bleibt unabhängig von der Lichtintensität konstant.