Die Diode besteht aus einem PN-Übergang und die Fotodiode kann das optische Signal in ein elektrisches Signal umwandeln, wie unten gezeigt:
Normalerweise wird die kovalente Bindung ionisiert, wenn der PN-Übergang mit Licht beleuchtet wird. Dadurch entstehen Löcher und Elektronenpaare. Der Photostrom wird durch die Erzeugung von Elektronen-Loch-Teams erzeugt. Wenn Photonen mit einer Energie über 1,1 eV auf die Diode treffen, werden Elektron-Loch-Paare gebildet. Wenn ein Photon in den verarmten Bereich der Diode eintritt, trifft es mit hoher Energie auf das Atom. Dies führt zur Freisetzung von Elektronen aus der Atomstruktur. Nachdem die Elektronen abgegeben wurden, entstehen freie Elektronen und Löcher. Im Allgemeinen sind Elektronen negativ geladen und Löcher sind positiv geladen. Die verbrauchte Energie wird über ein eingebautes elektrisches Feld verfügen. Aufgrund dieses elektrischen Feldes ist das Elektron-Loch-Paar weit vom PN-Übergang entfernt. Daher bewegen sich die Löcher zur Anode und die Elektronen zur Kathode, um einen Photostrom zu erzeugen.
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Das Material der Fotodiode bestimmt viele ihrer Eigenschaften. Das wesentliche Merkmal ist die Lichtwelle, auf die die Fotodiode reagiert, und das andere ist der Rauschpegel, die beide hauptsächlich von den in der Fotodiode verwendeten Materialien abhängen. Unterschiedliche Materialien reagieren unterschiedlich auf Wellenlängen, da nur Photonen mit ausreichender Energie Elektronen in der Bandlücke des Materials anregen und erhebliche Energie erzeugen können, um Strom aus der Fotodiode zu erzeugen.
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Obwohl die Wellenlängenempfindlichkeit von Materialien erheblich ist, ist der erzeugte Rauschpegel ein weiterer Parameter, der die Leistung von Fotodioden erheblich beeinflussen kann. Aufgrund ihrer größeren Bandlücke erzeugen Silizium-Fotodioden weniger Rauschen als Germanium-Fotodioden. Allerdings muss auch die Wellenlänge der Fotodiode berücksichtigt werden, und bei Wellenlängen über 1000 nm muss die Germanium-Fotodiode verwendet werden.
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