Fotodiodų veikimo principas

Fotodiodai, kaip pagrindinis prietaisas, paverčiantis optinius signalus elektriniais signalais, atlieka lemiamą vaidmenį šiuolaikinėse elektroninėse technologijose. Nuo komunikacijos, vaizdo gavimo iki jutiklių technologijos – fotodiodų taikymas yra visur, o tai atneša revoliucinę pažangą šiuolaikinėms technologijoms.
Fotodiodų veikimo principas daugiausia grindžiamas fotoelektriniu efektu ir PN sandūros principu. Fotoelektrinis efektas reiškia reiškinį, kai šviesa apšvitinama tam tikromis medžiagomis, šių medžiagų viduje esantys elektronai sugeria fotonų energiją, todėl vyksta perėjimai ir susidaro elektronų skylių poros. Fotodioduose šis fotoelektrinis efektas atsiranda PN sandūros srityje.
PN sandūra yra pagrindinė fotodiodo struktūra, kurią sudaro P- tipo puslaidininkis ir N- tipo puslaidininkis. PN sandūroje dėl skylių difuzijos iš P-tipo puslaidininkio į N-tipo puslaidininkį ir elektronų difuzijos iš N-tipo puslaidininkio į P-tipo puslaidininkį, susidaro įtaisytasis-elektrinis laukas. Šio įtaisyto{9}}elektrinio lauko kryptis nukreipta iš N į P, užkertant kelią tolesniam skylių ir elektronų difuzijai, todėl PN jungties sąsajoje susidaro labai plonas išsekimo sluoksnis.
Kai šviesa apšvitinama ant fotodiodo PN jungties, fotonus sugeria atomai arba molekulės išsekimo sluoksnyje, todėl elektronai pereina iš valentinės juostos į laidumo juostą ir susidaro elektronų skylių poras. Veikiant įtaisytam-elektriniam laukui, elektronai juda link N srities, o skylės juda link P srities, taip abiejose PN sandūros pusėse suformuodamos foto sukeltą elektrovaros jėgą. Šios nuotraukos sukeltos elektrovaros jėgos dydis yra tiesiogiai proporcingas krintančios šviesos intensyvumui.
Fotodiodo veikimo metu dažniausiai reikia pritaikyti jam atvirkštinę poslinkio įtampą. Taip yra todėl, kad atvirkštinio poslinkio įtampa gali dar labiau sustiprinti įtaisyto-elektrinio lauko poveikį, todėl nuotraukos sukuriama elektrovaros jėga bus ryškesnė. Tuo pačiu metu atvirkštinė poslinkio įtampa taip pat gali slopinti tamsiąją srovę (ty silpną srovę, sukuriamą, kai nėra šviesos), pagerinti fotodiodų jautrumą ir signalo -ir{6}}triukšmo santykį.