1. Absorptie van foton:Wanneer een foton met voldoende energie interageert met een halfgeleidermateriaal, kan het worden geabsorbeerd door een atoom in het halfgeleiderrooster. Deze energie wordt overgebracht naar een elektron in het atoom, waardoor het wordt opgewonden naar een hogere energietoestand.

2. Genereren van een elektron-gatpaar:Het aangeslagen elektron verlaat zijn oorspronkelijke positie en creëert een positief geladen gat waar het zich eerder bevond. Dit vormt een elektron-gatpaar, de initiële ladingsdragers in de halfgeleider.

3. Energieoverdracht:Het aangeslagen elektron interageert verder met andere atomen in de halfgeleider, waarbij de overtollige energie wordt overgedragen via botsingen. Als het botst met atomen, verliest het energie en valt uiteindelijk terug naar een lagere energietoestand.

4. Impactionisatie:Tijdens deze botsingen kan het aangeslagen elektron voldoende energie overbrengen naar andere elektronen in het halfgeleiderrooster, waardoor ze worden opgewonden en uiteindelijk van hun oorspronkelijke posities worden losgemaakt. Dit proces staat bekend als impactionisatie. Als gevolg hiervan kan elk van deze extra geëxciteerde elektronen nieuwe elektronen-gatparen creëren, waardoor het aantal ladingsdragers wordt vermenigvuldigd.

5. Lawine-effect:Deze nieuw gegenereerde elektronen-gatparen kunnen verder impactionisatie ondergaan, waardoor nog meer ladingsdragers worden gegenereerd. Dit cascade-effect creëert een lawine van ladingsdragers, waardoor het oorspronkelijke signaal van het enkele geabsorbeerde foton wordt versterkt.

Als resultaat van dit proces kan één enkel foton meerdere elektronen-gatparen genereren, waardoor er vier ladingsdragers – twee elektronen en twee gaten – in het halfgeleidermateriaal ontstaan. Dit fenomeen is vooral belangrijk in halfgeleiderapparaten zoals fotodiodes en zonnecellen, waar de absorptie van fotonen leidt tot de productie van elektrische stroom.