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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnisfrage: (pin)-Photodiode


Autor: e is m c quadrat (Gast)
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Hallo,

ich versuche zurzeit, die Funktionsweise einer normalen Photodiode zu 
verstehen die im Kurzschlussbetrieb betrieben wird und es wird der Strom 
gemessen der durchfließt.

Eine Photodiode hat ja eine p-n-Schicht.

Ist das jetzt so?:

Es trifft ein Photon auf so ein Elektron. Das Elektron bekommt die 
Energie ab und wird "schnell" (so ähnlich wie beim photoeffekt).
Wenn die Energie ausreicht um die Bandlücke zu überwinden [abhängig von 
dotierung uund halbleitermaterial?], so schiebt es 1 Elektron weiter und 
hinterlässt eine Lücke die auch wieder gefüllt wird.
=> Strom fließt.

Soweit richtig?

Welchselt das Elektron dann auch vom Valenz ins Leiterband? Oder ist das 
wieder ganz was anderes?
Entspricht die eine Schicht dann dem Valenz und duie andere dem 
Leiterband? (denke mal eher nicht, oder?


Dann gibt es ja auch noch pin-Photodioden die eine zwischenschicht 
haben. Die soll ja hochohmig sein. Aber was bewirkt die dann genau?
Das hab ich mir gedacht: Da zwischen der p und n Schicht eine Art 
Spannung anliegt gibt es ein E-Feld. Das gaanze ist dann eine Art 
Kondensator? Und wenn da diese i-Schicht dazwischen ist, dann ist der 
Kondensator weiter auseinander undd dadurch die Kapazität geringen => 
Schnellere Schaltzeiten?
Man kann dann auch mehr Gegenspannung anlegen und die Kapazität noch 
weiter verringern?
Bringt das auch noch was wenn man sie im Kurzschlussbetrieb betreibt? 
Ist die Diode dann auch schneller oder welche anderen Vorteile bringt 
das noch?


So das waren mal meine Gedanken. Für konstruktive Kritik daran wäre ich 
sehr dankbar! :-)

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die erste Haelfte kommt etwa hin. Fuer die zweite Haelfte : 
Halbleiterphysik 1

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Dann gibt es ja auch noch pin-Photodioden die eine zwischenschicht
>haben. Die soll ja hochohmig sein. Aber was bewirkt die dann genau?

Hochohmig heißt "verarmt an freien Ladungsträgern". Sie soll verhindern, 
daß die durch die Bestrahlung erzeugten freien Ladungsträger sofort 
wieder rekombinieren.

Kai Klaas

Autor: Peter R. (pnu)
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Die I.Schicht ist undotiert und hat daher wesentlich weniger Störstellen 
als die dotierten Zonen. Wenn durch ein Photon ein Ladungsträgerpaar 
erzeugt ist, hat es in der I-Schicht eine deutlich längere Lebensdauer 
als in dotiertem Material. In dotiertem Material rekombinieren die 
Ladungsträger sehr schnell und stehen daher für den Fotostrom nicht mehr 
zur Verfügung.

Außerdem ist die für das Ausnutzen der Ladungsträger wichtige 
Sperrschicht im I-Material wesentlich breiter als bei dotiertem 
Material. Nur die in der Sperrschicht entstehenden Ladungsträgerpaare 
tragen zum Sperrstrom bzw. zur Fotospannung einer Fotodiode bei.

Autor: Ulrich (Gast)
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Die I Schicht sorgt im Wesentlichen dafür das die Fotodiode schneller 
wird. Dadurch wird die Sperrschicht breiter und die Kapazität kleiner.

Auch die Ladungsträgerpaare die außerhalb der Sperrschicht erzeugt 
werden, z.B. von IR Licht, tragen zumindest mit einer gewissen 
Wahrscheinlichkeit noch zum Strom bei. Allerdings müssen die erst per 
Diffusion zur Speerschicht gelangen. Dabei gibt es Verluste, aber nicht 
unbedingt viel. So wird bei normalen Si Solarzellen das meiste Licht 
erst hinter der Sperrschicht absorbiert.

Ähnlich kommt ein wesentlicher Teil des Sperrstromes auch von außerhalb 
der Sperrschicht, zumindest mit PN Dioden ohne extra I Schicht.

Es ist auch nicht so, das die Ladungsträgerlebensdauer im I Material 
höher sein muß, als im (schwach) dotierten Material. Wirklich schädlich 
für die Lebensdauer ist erst eine starke Dotierung.

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