Die Fotodiode ist ein aktives Bauelement, das bei Bestrahlung mit Licht eine elektrische Spannung (fotovoltaischer Effekt) bzw. einen Fotostrom generiert. Die physikalische Basis dazu ist der pn-Übergang im Halbleiter Silizium. Werden Photonen mit ausreichender Energie im Detektor absorbiert, so werden Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) gebildet, die in der Raumladungszone voneinander getrennt werden und den Fotostrom bilden.
Die Ladungstrennung vollzieht sich auch ohne eine von aussen angelegte Spannung, kann aber durch eine solche Sperrspannung beschleunigt werden. Der Fotostrom ist über viele Größenordnungen linear zur einfallenden Lichtmenge, wenn die Diode nicht in einem Sättigungszustand betrieben wird.
In Abhängigkeit von der äußeren Beschaltung unterscheidet man die Betriebszustände Element- und Diodenbetrieb. Im Elementbetrieb wird die Diode ohne äußere Spannungsquelle direkt an den Verbraucher angeschlossen. In dieser Betriebsart fließt kein Dunkelstrom, was den Nachweis kleinster Intensitäten vereinfacht.
Im Diodenbetrieb wird ein äußere Spannungsquelle in Reihe mit dem Verbraucher angeschlossen, wobei die Spannung in Sperrrichtung anliegt. Diese Betriebsart ist ideal für Anwendungen, bei denen eine schnelle Signalantwort gefordert wird. Nachteilig erscheint der exponentiell von der Temperatur abhängige Dunkelstrom.
PIN bedeutet, dass sich eine p-type Diode über einem quasi isolierenden Gebiet, in der Regel ist das die Raumladungszone, in einem n-type Substrat befindet. Diese Bezeichnung wird aber üblicherweise auch für Bauelemente mit umgekehrter Leitfähigkeit verwendet, sofern kein weiterer nichtlinearer Effekt im Bauelement ausgenutzt wird.
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