Fotodiody działają w trybie odwrotnym, ponieważ taka konfiguracja zwiększa ich czułość i reakcję na światło. Kiedy fotodioda jest spolaryzowana zaporowo, pomiędzy warstwami półprzewodnika typu p i typu n tworzy się obszar zubożenia. Padające fotony generują pary elektron-dziura w tym obszarze zubożenia. Napięcie polaryzacji wstecznej wytwarza pole elektryczne, które przesuwa nośniki ładunku w kierunku odpowiednich elektrod, powodując powstanie fotoprądu proporcjonalnego do natężenia padającego światła. Konfiguracja ta zmniejsza również pojemność złącza, umożliwiając szybszy czas reakcji w wykrywaniu zmian oświetlenia.
Fotodioda nie działa skutecznie przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, ponieważ polaryzacja w kierunku przewodzenia umożliwia swobodny przepływ prądu przez diodę bez znaczącej interakcji z padającym światłem. W przypadku polaryzacji przewodzenia napięcie przyłożone do fotodiody zmniejsza rozmiar obszaru zubożenia, ograniczając zdolność fotodiody do skutecznego przekształcania fotonów w prąd elektryczny. Dlatego polaryzacja w kierunku przewodzenia nie jest odpowiednia do zastosowań wymagających precyzyjnego wykrywania lub pomiaru światła, gdzie kluczowa jest czułość fotodiody i czas reakcji.
Fotodiodę najlepiej stosować z polaryzacją zaporową, ponieważ maksymalizuje ona jej reakcję na padające światło i zwiększa jej czułość. W przypadku polaryzacji odwrotnej pole elektryczne w obszarze zubożenia przyspiesza nośniki ładunku generowane przez fotony w kierunku elektrod, co skutkuje większym fotoprądem. Taka konfiguracja zapewnia dokładne wykrycie i pomiar nawet światła o niskim natężeniu, co sprawia, że odchylenie odwrotne jest niezbędne w zastosowaniach takich jak komunikacja optyczna, wykrywanie światła i wykrywanie.
Aby fotodioda działała przy polaryzacji zaporowej, obwód polaryzujący zazwyczaj zawiera źródło napięcia podłączone do fotodiody z odwrotną polaryzacją. Obwód zapewnia stałe napięcie polaryzacji wstecznej na fotodiodzie, optymalizując jej wydajność w wykrywaniu światła. Krzywe charakterystyczne oświetlonej fotodiody przedstawiają zależność pomiędzy generowanym fotoprądem a przyłożonym napięciem polaryzacji zaporowej. Krzywe te ilustrują czułość i liniowość fotodiody w odpowiedzi na zmieniające się natężenie światła w różnych warunkach obciążenia, pomagając w jej charakteryzowaniu i wyborze do konkretnych zastosowań.
Dioda polaryzacji odwrotnej jest używana w różnych zastosowaniach elektronicznych z kilku powodów. Jedną z głównych zalet jest to, że polaryzacja zaporowa zwiększa szerokość obszaru zubożenia w złączu półprzewodnikowym, zmniejszając prąd upływowy przez diodę. Ta cecha sprawia, że diody polaryzacji zaporowej nadają się do zastosowań wymagających wysokich napięć przebicia i niskich prądów upływowych, takich jak obwody regulacji napięcia, prostowanie sygnału i obwody zabezpieczające. Dodatkowo polaryzacja zaporowa poprawia reakcję diody na bodźce zewnętrzne, takie jak światło w przypadku fotodiod, umożliwiając precyzyjną detekcję i możliwości pomiarowe kluczowe w technologiach optycznych i czujnikowych.
