Polarizar un fotodiodo implica aplicarle un voltaje de manera que optimice su rendimiento para la detección de señales luminosas. Un método común es polarizar el fotodiodo en polarización inversa. La polarización inversa significa aplicar un voltaje negativo a la unión p-n del fotodiodo, donde el semiconductor tipo p está conectado al terminal negativo de la fuente de alimentación y el semiconductor tipo n está conectado al terminal positivo. Este sesgo inverso crea una región de agotamiento dentro del fotodiodo, que se amplía cuando fotones de suficiente energía golpean el fotodiodo, generando pares electrón-hueco. Luego, el campo eléctrico barre estos pares a través de la región de agotamiento, generando una fotocorriente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
La polarización inversa de un fotodiodo ofrece varias ventajas. Aumenta el ancho de la región de agotamiento, lo que mejora la eficiencia de convertir los fotones incidentes en corriente eléctrica. Esto da como resultado una mayor sensibilidad y tiempos de respuesta más rápidos, lo que hace que los fotodiodos con polarización inversa sean adecuados para aplicaciones que requieren una detección de alta velocidad de señales ópticas débiles, como en las comunicaciones ópticas y los fotodetectores utilizados en instrumentos científicos.
Un fotodiodo funciona según el principio del efecto fotovoltaico, donde los fotones entrantes de suficiente energía (mayor que la energía de banda prohibida del material semiconductor) generan pares electrón-hueco dentro de la región de agotamiento del fotodiodo. La región de agotamiento, creada aplicando un voltaje de polarización inversa a través de la unión p-n, sirve para separar estos pares electrón-hueco y crear una diferencia de potencial que permite la generación de una fotocorriente. Esta fotocorriente es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente, proporcionando una medida directa de la intensidad de la señal luminosa.
La corriente oscura en un fotodiodo se refiere a la pequeña corriente que fluye a través del dispositivo incluso en ausencia de luz. Esta corriente oscura suele ser causada por pares de huecos de electrones generados térmicamente dentro del material semiconductor del fotodiodo. Para reducir la corriente oscura, se pueden emplear varias técnicas. Un método eficaz es reducir la temperatura de funcionamiento del fotodiodo, lo que reduce la generación térmica de pares electrón-hueco. Esto a menudo se logra mediante refrigeradores termoeléctricos o alojando el fotodiodo en un ambiente con temperatura controlada. Además, seleccionar fotodiodos con especificaciones de corriente oscura más bajas y diseñar cuidadosamente los circuitos para minimizar el ruido térmico puede reducir aún más el impacto de la corriente oscura en el rendimiento del fotodiodo.
