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2021-04-21T15:16:46Z

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Der Begriff '''Photohalbleiter''' bezeichnet eine Gruppe verschiedenartiger [[licht]]empfindlicher [[Elektronisches Bauelement|elektronischer Bauelemente]] auf Basis von [[Halbleiter]]werkstoffen.
In seltenen Fällen werden die in den Bauelementen verwendeten Halbleiterwerkstoffe selbst als Photohalbleiter bezeichnet.<ref>{{Literatur |Autor=Arnold Willmes |Titel=Taschenbuch chemische Substanzen: Elemente – Anorganika – Organika – Naturstoffe – Polymere |Verlag=Harri Deutsch Verlag |Datum=2007 |ISBN=978-3-8171-1787-1 |Seiten=492 |Online={{Google Buch|BuchID=g3tqnID9TGYC|Seite=492}}}}</ref><ref name="HollemanWiberg1313">{{Holleman-Wiberg|Auflage=101.|Startseite=1313}}</ref>

== Funktionsweise ==
Treffen [[Photon]]en („Lichtteilchen“) auf ein Material, so werden diese in Abhängigkeit vom Material und von der Photonenenergie teilweise [[Absorption (Physik)|absorbiert]], [[Reflexion (Physik)|reflektiert]] oder [[Transmission (Physik)|transmittiert]]. Bei Photohalbleitern wird die [[Lichtabsorption]] in einem Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silicium, genutzt.

Das für Menschen [[Sichtbares Licht|sichtbare Licht]] ist [[elektromagnetische Strahlung]] im [[Spektralbereich]] mit einer Photonenenergie von etwa 1,66 bis 3,26 eV. Damit liegt die Energie von sichtbarem Licht im Bereich der Energiedifferenz von [[Valenzband|Valenz-]] und [[Leitungsband]] bei Halbleitern (vgl. [[Bandlücke]]). Durch die Absorption eines Photons durch Anregung eines Elektrons aus dem Valenzband in das Leitungsband ([[Innerer photoelektrischer Effekt]]) stehen zusätzliche Ladungsträger (Elektronen im Leitungsband und Defektelektronen im Valenzband) für den Transport von elektrischem Strom zur Verfügung. Dies führt zu einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit des Halbleiters durch den Lichteinfall ([[Photoleitung]]).

Ein zusätzlicher Effekt kann erzielt werden, indem das Licht nicht auf einen undotierten oder gleichmäßig dotierten Bereich, sondern auf den Grenzbereich zwischen zwei unterschiedlich dotierten Bereichen ([[p-n-Übergang]]) fällt. An dem Übergang findet neben der Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren durch die Lichtabsorption zusätzlich eine Ladungstrennung statt ([[Innerer photoelektrischer Effekt#Photovoltaischer Effekt|photovoltaischer Effekt]]). Das entstehende [[Elektrostatik#Potential und Spannung|elektrische Potentialgefälle]] kann zur Signalgewinnung (z. B. [[Photodiode]]) oder für die Wandlung der Strahlungsenergie in [[elektrische Energie]] (z. B. [[Solarzelle]]) genutzt werden.

== Anwendung ==
Die beiden wesentlichen Anwendungsbereiche von Photohalbleitern sind die Messung optischer Signale ([[Strahlungsdetektor]]) und die Wandlung der Strahlungsenergie von Licht in elektrische Energie. Der nutzbare Spektralbereich reicht von infrarotem über sichtbares bis zu ultraviolettem Licht.

Halbleiter-Strahlungsdetektoren sind unter anderem der [[Photowiderstand]], die [[Photodiode]] und der [[Phototransistor]]. Sie werden beispielsweise für Belichtungsmesser bei Photokameras oder als [[Lichtsensor]] für Lichtschranken eingesetzt. Im Vergleich zu Photodioden sind Phototransistoren und Photowiderstände wesentlich empfindlicher aber auch langsamer. Für schnelle Signale und für Präzisionsmessungen werden überwiegend Photodioden verwendet.
Eine Vielzahl von Sensorelementen auf einem Chip wird zum Beispiel in [[CMOS-Sensor]]en als Bildsensor für [[Digitalkamera]]s verwendet oder als [[Photodiodenzeile]] für optische Messgeräte wie zum Beispiel [[Spektralphotometer]] oder spektroskopische [[Ellipsometer]].

Photohalbleiter wie der [[Optokoppler]] und der [[Photothyristor]] werden in der Elektrotechnik auch zur [[Galvanische Trennung|galvanischen Trennung]] von Stromkreisen eingesetzt.

Zur direkten Wandlung von Licht in elektrische Energie werden großflächige Photodioden, sogenannte [[Solarzelle]]n eingesetzt, überwiegend auf Basis von Silicium.

== Siehe auch ==
* [[Liste elektronischer Bauteile]]
* [[Photoelement]] (z. B. [[Selenzelle]])

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Fototechnik]]
[[Kategorie:Optoelektronik]]

Photohalbleiter - Versionsgeschichte

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