SiliziumPhotodioden

Siliziumphotodioden sind lichtempfindliche Halbleiterbauelemente, die Licht in elektrischen Strom umwandeln. Sie basieren auf einer p-n- oder PIN-Junction in Silizium und arbeiten typischerweise im Rückwärtsbetrieb, um die Sperrzone zu vergrößern, den Dunkelstrom zu kontrollieren und schnellere Reaktionszeiten zu ermöglichen.

Wenn Photonen in das Silizium eindringen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare. Der resultierende Photostrom ist bis zu einem bestimmten Maß proportional zur einfallenden Lichtleistung. Die spektrale Empfindlichkeit der Siliziumphotodioden reicht typischerweise vom sichtbaren Bereich bis in nahes Infrarot, ungefähr 350 bis 1100 Nanometer; der genaue Bereich hängt von der Dotierung, der Dicke des Halbleiters und der Oberflächenbeschichtung ab. Die Responsivität wird in Ampere pro Watt angegeben und variiert über die Wellenlängen, typischerweise im sichtbaren Bereich etwa 0,4 bis 0,6 A/W und im nahen IR geringer.

Zu den gängigen Typen gehören PIN-Photodioden, die eine intrinsic-Schicht enthalten und dadurch eine größere Depletion-Region sowie eine höhere Geschwindigkeit bieten, sowie Avalanche-Photodioden (APD), die bei hohen Rückwärtsspannungen eine Verstärkung durch Mehrfachladung erzeugen, was die Empfindlichkeit erhöht, aber mehr Rauschen verursacht.

Wichtige Leistungsparameter sind Dunkelstrom, Kapazität der Junction, Rauschen und Linearität. Oberflächenpassivierung und Antireflexionsschichten verbessern die Quantum Efficiency. Siliziumphotodioden sind robust, kostengünstig herzustellen und in vielen Anwendungen geeignet, insbesondere in der optischen Kommunikation, der Spektroskopie, Umwelt- und Medizinsensorik sowie in Konsumgüter- und Messgeräten.