Fotodiodeilla

Fotodiodeilla tarkoitetaan puolijohdediodien ryhmää, jotka muuntavat valon sähköiseksi virraksi tai jännitteeksi. Ne koostuvat PN- tai PIN-rakenteista ja toimivat yleisimmin käänteisessä bias-tilassa tai valoisassa tilassa ilman ulkoista jännitettä. Fotodiodeja käytetään valon havaitsemiseen, signaalin mittaamiseen sekä optisen tiedon vastaanottoon esimerkiksi tiedonsiirrossa, laboratorion mittauksissa ja spektroskopiassa.

Toimintaperiaate perustuu siihen, että fotonit absorboituvat puolijohteessa ja synnyttävät elektronihole-pareja. Näiden liikettä ohjaa sähköinen kenttä, jolloin syntyvä photocurrent on pääosin verrannollinen saapuvan valon intensiteettiin. Käänteinen bias pienentää kapasitanssia ja nopeuttaa vasteaikaa; ilman ulkoista jännitettä saatu signaali on pienempi mutta riippuvainen valosta.

Tyypillisiä fotodiodityyppejä ovat PN- ja PIN-photodiodeja. PN-diodit soveltuvat yleisesti näkyvän valon havainnointiin. PIN-diodit hyödyntävät intrinsic-aluetta ja tarjoavat suuremman vasteen sekä laajemman taajuusalueen. Materiaalivalinnoilla määritetään spektri: Si-photodiodeja käytetään näkyvällä ja lyhyellä IR-alueella, InGaAs-diodit 0,9–2,6 μm:n infrapunasäteilyn havaitsemiseen. Avalanche-diodit (APD) tarjoavat sisäistä voittoa, mutta vaativat korkean biasin ja melunhallintaa.

Keskeisiä suorituskykymittareita ovat responsiivisuus (R, A/W), dark current, rakenteen kapasitanssi sekä vasteaika ja kaistanleveys. Melu, NEP ja D* kuvaavat herkkyyttä. Fotodiodeja käytetään kuituoptiikan vastaanottimissa, LIDAR-järjestelmissä sekä laboratoriomittauksissa, kuten spektrisissä analyyseissä.