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Lexikon der Optik: Photodiode

Photodiode, Halbleiterphotodiode, ein Festkörperphotoempfänger für Ultraviolett-, sichtbare und Infrarot-Strahlung, der in einem Meßkreis mit äußerer Spannungsquelle eine der Bestrahlungsstärke proportionale Änderung seines elektrischen Widerstandes zeigt. Die P. ist in der Regel ein Halbleiter mit einem nahe der Oberfläche liegenden, in Sperrichtung vorgespannten pn- oder pin-Übergang (Abb. 1). Ihr photoelektrisches Signal besteht in der Änderung des Sperrstromes infolge der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren, die in der Nähe des pn-Überganges durch Absorption von Photonen entstehen und durch die dort herrschenden hohen inneren Feldstärken getrennt werden. (In pin-P. ist das infolge Dotierung p- bzw. n-leitende Material durch eine Zone getrennt, in welcher der Halbleiter noch seine Eigenleitung, engl. intrinsic conductivity, besitzt.) Sensormaterialien sind Si, Ge, InAs, InSb, InGaAs, PbSnTe, HgCdTe. Aus Pd-, Pt- oder Ir-Siliciden bestehen Schottky-Barrieren-P., bei denen nach Trennung des Elektron-Loch-Paares das heiße Defektelektron über die Potentialbarriere an der Grenzfläche Silicid/Silicium in das p-Silicium injiziert wird. P. zeichnen sich allgemein durch hohe Quantenausbeuten von 0,5 bis nahe 1 aus und erlauben Strahlungsmessungen bis zu Modulationsfrequenzen, die größer als 1010 Hz sind (optischer Überlagerungsempfang). Infrarot-P. werden z.T. stark gekühlt (bei 77 K) betrieben. Einen besonders großen Dynamikumfang (>108:1, Photoempfänger) des Nachweises bieten Si- und InGaAs-P. Sie werden auch ohne Vorspannung als Photoelement eingesetzt, um bei empfindlichen Gleichlichtmessungen das mit dem Sperrstrom verbundene Schrotrauschen zu eliminieren. Avalanche-P. sind besonders für höchstempfindliche Messungen bei hohen Modulationsfrequenzen geeignet (Abb. 2). Sie erreichen einen Faktor 103 übersteigende Verstärkungen dadurch, daß die primär gebildeten Ladungsträger intern beschleunigt werden und durch Stoßionisation weitere Elektron-Loch-Paare erzeugen. Daten von P. Photoempfänger. Moderne Technologien gestatten, P. in großer Zahl zu Zeilen- und Matrix-Sensoren zu kombinieren (Photodioden-Array).



Photodiode 1: pn-Photodiode. 1 Metallischer Kontakt, 2 p-Zone, 3 Raumladungszone, 4 n-Zone, Ra Arbeitswiderstand.



Photodiode 2: Spektrale Empfindlichkeit S einer Si-Photodiode in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ.

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