fotodiode

Når en halvleder belyses, vil noen av elektronene i valensbåndet absorbere energi fra lyset og eksiteres opp i ledningsbåndet. Fordi elektronene i valensbåndet er bundet til hvert enkelt atom, mens de i ledningsbåndet er frie til å bevege seg gjennom hele halvlederen, vil belysningen føre til at vi får en fri negativ ladningsbærer. Det atomet som har mistet et elektron, har en netto positiv ladning, et hull. Hullet kan imidlertid også bevege seg, fordi et elektron fra naboatomet kan fylle det. Naboatomet får dermed et hull; vi har også fått en fri positiv ladningsbærer. Man sier gjerne at lyset genererer elektronhullpar.

En diode er satt sammen av en p-type og en n-type halvleder. Det er grenseområdet mellom disse, pn-overgangen, som er den aktive delen av dioden. I en n-type halvleder er det normalt frie elektroner, mens det i en p-type halvleder er frie hull. Når en diode påtrykkes en spenning slik at p-siden blir positiv og n-siden negativ, vil frie elektroner fra n-siden bevege seg inn i p-siden mens hull fra p-siden trekkes inn i n-siden. Dioden leder dermed strøm. Påtrykkes den derimot spenning i motsatt retning, vil den normalt ikke lede fordi det ikke er elektroner i p-siden som kan trekkes mot den positive spenningen i n-siden, og motsatt.

Belyses dioden i området omkring pn-overgangen, vil det genereres elektronhullpar, og vi får frie elektroner i p-siden og frie hull i n-siden. Disse kan bevege seg, og dioden leder i sperreretningen. Strømmen vil være proporsjonal med antall elektronhullpar, og dermed belysningens intensitet.

En diode kan derfor benyttes til lysmåling. Når en diode som ikke er påtrykket en ytre spenning, belyses i området omkring pn-overgangen, vil p-siden bli positivt ladet. n-siden blir derimot negativt ladet fordi noen av de frie elektronene som blir generert i p-siden, vil diffundere over i n-siden, og det blir et nettoverskudd av positiv ladning. Tilsvarende vil noen av de genererte hullene i n-siden diffundere over til p-siden og etterlate seg netto negativ ladning. Denne effekten kalles fotovoltaisk effekt. Tilkobles en ytre belastning til dioden, vil den kunne avgi elektrisk effekt. En diode brukt på denne måten kalles gjerne solcelle.

En diode som skal anvendes til lysdeteksjon, pakkes i et transparent hus, slik at lyset kan nå inn til pn-overgangen. En diode som skal benyttes som solcelle, utformes slik at arealet av den eksponerte delen av pn-overgangen blir meget stort, og pakkes i et transparent hus.

Fotodioder har stor utbredelse i teknikk hvor de brukes til lysmåling og lysdeteksjon. I det daglige benytter vi fotodioden i lysmålere i fotografiapparater, i dører som åpner seg automatisk, når vi leser strekkoder på varer eller fjernstyrer fjernsynsapparatet med lys som mottas av en fotodiode. I industrien er anvendelsene av fotodioden utallige. Som energikilde får solcellen stadig større utbredelse.

• solceller
• halvlederdiode