Polarizar um fotodiodo envolve aplicar uma voltagem a ele de uma forma que otimize seu desempenho para detecção de sinais de luz. Um método comum é polarizar o fotodiodo em polarização reversa. Polarização reversa significa aplicar uma tensão negativa à junção pn do fotodiodo, onde o semicondutor tipo p é conectado ao terminal negativo da fonte de alimentação e o semicondutor tipo n é conectado ao terminal positivo. Essa polarização reversa cria uma região de depleção dentro do fotodiodo, que se amplia quando fótons com energia suficiente atingem o fotodiodo, gerando pares elétron-buraco. Esses pares são então varridos pela região de depleção pelo campo elétrico, gerando uma fotocorrente proporcional à intensidade da luz incidente.
A polarização reversa de um fotodiodo oferece várias vantagens. Aumenta a largura da região de depleção, o que aumenta a eficiência da conversão de fótons incidentes em corrente elétrica. Isso resulta em maior sensibilidade e tempos de resposta mais rápidos, tornando os fotodiodos com polarização reversa adequados para aplicações que exigem detecção em alta velocidade de sinais ópticos fracos, como em comunicações ópticas e fotodetectores usados em instrumentos científicos.
Um fotodiodo funciona com base no princípio do efeito fotovoltaico, onde fótons recebidos com energia suficiente (maior que a energia do bandgap do material semicondutor) geram pares elétron-buraco dentro da região de depleção do fotodiodo. A região de depleção, criada pela aplicação de uma tensão de polarização reversa através da junção pn, serve para separar esses pares elétron-buraco e criar uma diferença de potencial que permite a geração de uma fotocorrente. Esta fotocorrente é diretamente proporcional à intensidade da luz incidente, fornecendo uma medida direta da intensidade do sinal luminoso.
A corrente escura em um fotodiodo refere-se à pequena corrente que flui através do dispositivo mesmo na ausência de luz. Essa corrente escura é normalmente causada por pares elétron-buraco gerados termicamente dentro do material semicondutor do fotodiodo. Para reduzir a corrente escura, diversas técnicas podem ser empregadas. Um método eficaz é diminuir a temperatura operacional do fotodiodo, o que reduz a geração térmica de pares elétron-buraco. Isto é muitas vezes conseguido através de refrigeradores termoelétricos ou alojando o fotodiodo em um ambiente com temperatura controlada. Além disso, selecionar fotodiodos com especificações de corrente escura mais baixas e projetar cuidadosamente o circuito para minimizar o ruído térmico pode reduzir ainda mais o impacto da corrente escura no desempenho do fotodiodo.