La polarisation d’une photodiode consiste à lui appliquer une tension de manière à optimiser ses performances pour la détection des signaux lumineux. Une méthode courante consiste à polariser la photodiode en polarisation inverse. La polarisation inverse signifie appliquer une tension négative à la jonction p-n de la photodiode, où le semi-conducteur de type p est connecté à la borne négative de l’alimentation et le semi-conducteur de type n est connecté à la borne positive. Cette polarisation inverse crée une région d’appauvrissement au sein de la photodiode, qui s’élargit lorsque des photons d’énergie suffisante frappent la photodiode, générant ainsi des paires électron-trou. Ces paires sont ensuite balayées à travers la région d’appauvrissement par le champ électrique, générant un photocourant proportionnel à l’intensité lumineuse incidente.
La polarisation inverse d’une photodiode offre plusieurs avantages. Cela augmente la largeur de la région d’appauvrissement, ce qui améliore l’efficacité de la conversion des photons incidents en courant électrique. Cela se traduit par une sensibilité plus élevée et des temps de réponse plus rapides, ce qui rend les photodiodes à polarisation inverse adaptées aux applications nécessitant une détection à grande vitesse de signaux optiques faibles, comme dans les communications optiques et les photodétecteurs utilisés dans les instruments scientifiques.
Une photodiode fonctionne sur la base du principe de l’effet photovoltaïque, où des photons entrants d’énergie suffisante (supérieure à l’énergie de bande interdite du matériau semi-conducteur) génèrent des paires électron-trou dans la région d’appauvrissement de la photodiode. La région d’appauvrissement, créée en appliquant une tension de polarisation inverse aux bornes de la jonction pn, sert à séparer ces paires électron-trou et à créer une différence de potentiel qui permet la génération d’un photocourant. Ce photocourant est directement proportionnel à l’intensité de la lumière incidente, fournissant une mesure directe de la force du signal lumineux.
Le courant d’obscurité dans une photodiode fait référence au petit courant qui traverse l’appareil même en l’absence de lumière. Ce courant d’obscurité est généralement provoqué par des paires électron-trou générées thermiquement dans le matériau semi-conducteur de la photodiode. Pour réduire le courant d’obscurité, plusieurs techniques peuvent être utilisées. Une méthode efficace consiste à abaisser la température de fonctionnement de la photodiode, ce qui réduit la génération thermique de paires électron-trou. Ceci est souvent réalisé au moyen de refroidisseurs thermoélectriques ou en plaçant la photodiode dans un environnement à température contrôlée. De plus, la sélection de photodiodes avec des spécifications de courant d’obscurité plus faibles et la conception minutieuse des circuits pour minimiser le bruit thermique peuvent réduire davantage l’impact du courant d’obscurité sur les performances de la photodiode.