Valodiodien toimintaperiaate

Valodiodit, jotka ovat avainlaite, joka muuntaa optiset signaalit sähköisiksi signaaleiksi, ovat ratkaisevassa asemassa nykyaikaisessa elektroniikkatekniikassa. Viestinnän, kuvantamisen ja anturiteknologian välillä valodiodien käyttö on kaikkialla, mikä tuo vallankumouksellista edistystä nykyteknologiaan.
Valodiodien toimintaperiaate perustuu pääasiassa valosähköiseen efektiin ja PN-liitosperiaatteeseen. Valosähköisellä efektillä tarkoitetaan ilmiötä, jossa valoa säteilytettäessä tiettyihin aineisiin näiden aineiden sisällä olevat elektronit absorboivat fotonien energiaa, mikä johtaa siirtymiin ja elektronien aukkoparien muodostumiseen. Valodiodeissa tämä valosähköinen vaikutus esiintyy PN-liitosalueella.
PN-liitos on valodiodin ydinrakenne, joka koostuu P--tyypin puolijohteesta ja N--tyypin puolijohteesta. PN-liitoksessa muodostuu sisäänrakennettu sähkökenttä P--tyypin puolijohteesta N--tyyppiseen puolijohteeseen ja elektronien diffuusion N--tyypin puolijohteesta P--tyyppiseen puolijohteeseen. Tämän sisäänrakennetun-sähkökentän suunta osoittaa N:stä P:hen, mikä estää reikien ja elektronien diffuusion ja muodostaa näin erittäin ohuen tyhjennyskerroksen PN-liitosrajapinnalle.
Kun valoa säteilytetään valodiodin PN-liitokseen, atomien tai molekyylien absorboivat fotonit tyhjennyskerroksessa, jolloin elektronit siirtyvät valenssikaistalta johtavuuskaistalle, jolloin muodostuu elektronien aukkopareja. Sisäänrakennetun-sähkökentän vaikutuksesta elektronit liikkuvat kohti N-aluetta ja reiät kohti P-aluetta muodostaen siten valon aiheuttaman sähkömotorisen voiman PN-liitoksen molemmille puolille. Tämän valon aiheuttaman sähkömotorisen voiman suuruus on suoraan verrannollinen tulevan valon intensiteettiin.
Valodiodin käytön aikana on yleensä tarpeen kytkeä siihen käänteinen esijännite. Tämä johtuu siitä, että käänteinen bias-jännite voi entisestään tehostaa sisäänrakennetun-sähkökentän vaikutusta, jolloin valokuvan synnyttämä sähkömotorinen voima tulee selvemmäksi. Samaan aikaan käänteinen bias-jännite voi myös vaimentaa pimeää virtaa (eli heikkoa virtaa, joka syntyy, kun valoa ei ole), parantaa valodiodien herkkyyttä ja signaali{5}}kohinasuhdetta.