Un fotodiodo conduce in polarizzazione inversa perché, sotto polarizzazione inversa, è sensibile alla luce. Quando il fotodiodo è esposto alla luce, i fotoni generano coppie elettrone-lacuna nella regione di svuotamento. Questi portatori di carica vengono rapidamente trascinati attraverso la giunzione dal campo elettrico presente nella condizione di polarizzazione inversa, producendo una fotocorrente proporzionale all’intensità della luce incidente. Nella polarizzazione diretta, il campo elettrico viene ridotto e il fotodiodo diventa meno reattivo alla luce, rendendolo inefficace nel rilevare i segnali luminosi.
Il fotodiodo funziona con polarizzazione inversa perché questa configurazione migliora la sua capacità di rilevare la luce. Nella polarizzazione inversa, la regione di svuotamento si allarga, fornendo un volume maggiore dove la luce può creare coppie elettrone-lacuna. La polarizzazione inversa crea anche un forte campo elettrico che separa rapidamente queste coppie, generando una corrente misurabile che corrisponde all’intensità della luce. La polarizzazione diretta riduce l’ampiezza della regione di svuotamento e l’intensità del campo elettrico, diminuendo la sensibilità del fotodiodo alla luce.
I fotodiodi sono generalmente polarizzati in modo inverso perché questa condizione di polarizzazione massimizza la loro sensibilità e il tempo di risposta alla luce. Nella polarizzazione inversa, il campo elettrico attraverso la regione di svuotamento è forte, facilitando la rapida separazione e raccolta dei portatori fotogenerati. Ciò si traduce in una fotocorrente più elevata e più accurata, rendendo la polarizzazione inversa la modalità preferita per le applicazioni che richiedono un rilevamento della luce preciso ed efficiente, come nella comunicazione e nel rilevamento ottici.
Un fotodiodo è invariabilmente polarizzato inversamente quando viene utilizzato come fotorilevatore per garantire che funzioni con la massima sensibilità e velocità. La polarizzazione inversa crea un’ampia regione di svuotamento e un forte campo elettrico, essenziali per la generazione e la raccolta efficienti dei portatori di carica prodotti dai fotoni incidenti. Ciò consente al fotodiodo di produrre una corrente direttamente proporzionale all’intensità della luce, rendendolo altamente efficace nel convertire i segnali luminosi in segnali elettrici.
Il funzionamento di un fotodiodo con polarizzazione inversa è necessario per ottenere prestazioni ottimali in termini di sensibilità e tempo di risposta. La condizione di polarizzazione inversa garantisce un’ampia regione di svuotamento e un forte campo elettrico, che sono fondamentali per un’efficiente conversione della luce in corrente elettrica. Il circuito di polarizzazione di un fotodiodo illuminato include tipicamente una sorgente di tensione inversa collegata ai capi del diodo, con l’anodo collegato al terminale negativo e il catodo al terminale positivo. Le curve caratteristiche di un fotodiodo sotto illuminazione mostrano un aumento lineare della fotocorrente all’aumentare dell’intensità della luce, dimostrando la relazione diretta tra esposizione alla luce e potenza elettrica.