Fotodiod on p<unk>n-ülestung või PIN-struktuur. Kui piisava energiaga foton põrkab diodi, tekib elektron-aukude paar. Seda mehhanismi tuntakse ka kui sisemist fotoelektri efekti. Kui imendumine toimub ühenduspunkti tühjenduspiirkonnas või ühe difusiooni pikkuse kaugusel sellest, siis need kandjad tõmmatakse ühendusest tühjenduspiirkonna sisseehitatud elektrivälja poolt. Nii liiguvad augud anodi suunas ja elektronid katoodi suunas ning tekib fotovool. Fotodiodiodi kaudu voolav kogum on tumeda voolu (vool, mis tekib valguse puudumisel) ja fotovoolu summa, nii et tumeda voolu tuleb minimeerida, et vähendada maksimaalselt tundlikkust.
foton