Wie funktionieren Fotodioden?

Im Inneren der Fotodiode befindet sich ein p-n-Übergang, der entsteht, wenn Halbleitermaterial vom p--Typ mit Halbleitermaterial vom n--Typ verschmolzen wird. Halbleitermaterialien vom Typ P- haben Löcher als positiv bewegte Ladungsträger, während Halbleitermaterialien vom Typ n- Elektronen als negativ bewegte Ladungsträger haben.
Aufgrund der Anwesenheit sich bewegender Ladungsträger mit entgegengesetzten Ladungen in p-n-Übergängen neutralisieren sie sich gegenseitig und bilden am Übergang Verarmungsbereiche. Man nennt sie Verarmungsgebiet, weil es dort keine beweglichen Ladungsträger gibt. Das Material vom p--Typ im p-n-Übergang hat keine Löcher und trägt daher eine negative Ladung. Ebenso ist der n--Typ-Halbleiterabschnitt im ap-n-Übergang positiv geladen.
Wenn Photonen (oder Licht) mit ausreichender Energie auf den p-n-Übergang einer Fotodiode fallen, brechen sie die kovalenten Bindungen unbeweglicher Atome auf und ionisieren sie. Dadurch entstehen neue Elektronen-Loch-Paare. Dieses Phänomen wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet. Die erzeugten Elektronen werden in Richtung des Materials vom n--Typ bewegt (da der Verarmungsbereich des Materials vom n--Typ positiv geladen ist). Das Loch wird in Richtung des p--Typ-Materials gescannt (da der Verarmungsbereich des p--Typ-Materials negativ geladen ist). Dieser Ladungsfluss führt zu Photostrom oder einfachem Strom.
Mit anderen Worten: Fotodioden erfassen Licht und erzeugen Strom als Ausgangssignal. Fotodioden werden auch als fotoelektrische Sensoren, Fotodetektoren oder Lichtdetektoren bezeichnet.