Princíp činnosti fotodiód

Fotodiódy, ako kľúčové zariadenie, ktoré premieňa optické signály na elektrické signály, zohrávajú kľúčovú úlohu v modernej elektronickej technológii. Od komunikácie, zobrazovania až po technológiu senzorov je aplikácia fotodiód všadeprítomná, čo prináša revolučný pokrok v modernej technológii.
Princíp činnosti fotodiód je založený hlavne na fotoelektrickom jave a princípe PN prechodu. Fotoelektrický jav sa týka javu, keď pri ožiarení určitých látok svetlom elektróny vo vnútri týchto látok absorbujú energiu fotónov, čo vedie k prechodom a tvorbe párov elektrónových dier. Vo fotodiódach sa tento fotoelektrický efekt vyskytuje v oblasti PN prechodu.
PN prechod je základná štruktúra fotodiódy pozostávajúca z polovodiča typu P- a polovodiča typu N{1}}. Na prechode PN sa v dôsledku difúzie otvorov z polovodiča typu P do polovodiča typu N- a elektrónov z polovodiča typu N- do polovodiča typu P-vytvára zabudované- elektrické pole. Smer tohto zabudovaného- elektrického poľa smeruje od N k P, čím bráni ďalšej difúzii dier a elektrónov, čím sa na rozhraní PN prechodu vytvorí veľmi tenká vrstva vyčerpania.
Keď je svetlo ožiarené na PN prechod fotodiódy, fotóny sú absorbované atómami alebo molekulami v ochudobnenej vrstve, čo spôsobuje prechod elektrónov z valenčného pásma do vodivého pásma, čím vznikajú páry elektrónových dier. Pod pôsobením zabudovaného- elektrického poľa sa elektróny pohybujú smerom k oblasti N a diery sa pohybujú smerom k oblasti P, čím vytvárajú fotoindukovanú elektromotorickú silu na oboch stranách PN prechodu. Veľkosť tejto fotoindukovanej elektromotorickej sily je priamo úmerná intenzite dopadajúceho svetla.
Počas prevádzky fotodiódy je zvyčajne potrebné použiť na ňu spätné predpätie. Je to preto, že spätné predpätie môže ešte viac zosilniť účinok zabudovaného-elektrického poľa, vďaka čomu je elektromotorická sila generovaná na fotografii výraznejšia. Súčasne môže spätné predpätie tiež potlačiť tmavý prúd (tj slabý prúd generovaný, keď nie je svetlo), zlepšiť citlivosť a pomer signálu -k{6}}šumu fotodiód.