یک فوتودیود می‌تواند جریان فوتونی تا مرتبه چند میلی‌آمپر را برقرار کند. حساسیت یک فوتودیود عبارت است از نسبت جریان عبوری به توان تابشی فرودی که معمولا با \(R_\lambda\) = \(\frac{I_{PD}}{P}\) بیان می‌شود. این حساسیت به‌طور قابل توجهی به موادی که فوتودیود از آن ساخته شده و همچنین طول موج تابشی فرودی بستگی دارد. حداکثر جریان خروجی یک فوتودیود وابسته به قسمت خطی منحنی مشخصه \(I_{PD}\) = \(f(P_{optical})\) بوده و یا به عبارت دیگر به‌دلیل اشباع شدن، محدود می‌شود.

محاسبه جریان از طریق مدار الکترونیکی منجر به اندازه‌گیری میزان تابش دریافتی حسگر می‌گردد. جریان خروجی محاسبه شده به شکل خطی متناسب با توان تابش ورودی است. اجرای بایاس معکوس، از طریق کاهش ظرفیت خازنی و تولید پاسخ خطی، پهنای اتصال ناحیه تهی را که باعث افزایش حساسیت می‌شود، افزایش می‌دهد. این حالت به تولید جریان تاریک بزرگتر منجر می‌شود که می‌تواند بر اساس انتخاب نوع ساختار فوتودیود محدود گردد.

به‌منظور بهینه‌سازی پهنای باند، یک مقاومت بار متناسب با ظرفیت خازنی نقطه اتصال در خروجی قرار داده می‌شود. برای داشتن بهترین پاسخ فرکانسی، معمولا یک مقاومت 50 اهم در نقطه اتصال با خروجی حسگر قرار می‌گیرد. پهنای باند (\(f_{BW}\)) و افزایش زمان پاسخ (\(t_{r}\)) را می‌توان با استفاده از ظرفیت خازنی نقطه اتصال (\(C_{i}\)) و مقامت بار (\(R_{LOAD}\)) تقریب زد:

$$f_{BW}=\frac{1}{2*\pi*R_{LOAD}*C_{i}}$$

$$t_{r}=\frac{0.35}{f_{BW}}$$

مقاومت بار برای تبدیل جریان فوتونی تولیدشده به ولتاژ، برای مشاهده روی اسیلوسکوپ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

$$V_{OUT}=I_{OUT}*R_{OUT}$$

بسته به نوع فوتودیود مقاومت بار می‌تواند روی سرعت پاسخ تاثیر بگذارد. برای حداکثر پهنای باند، استفاده از کابل کواکسیال 50 اهم با مقاومت خروجی 50 اهم در انتهای دیگر کابل پیشنهاد می‌شود. این کار نویز خروجی را به شکل محسوسی کاهش می‌دهد. اگر پهنای باند اهمیت ندارد، می‌توان میزان ولتاژ برای سطح انرژی دریافتی را با بالابردن میزان مقاومت بار، افزایش داد. در صورت عدم تطبیق با خروجی، طول کابل کواکسیال تاثیر به‌سزایی در پاسخ خواهد داشت، لذا توصیه می‌شود که طول کابل تا حد ممکن کوتاه در نظر گرفته شود.

سرعت پاسخ دیود آشکارساز از شیب زمان خیز تعیین می‌شود. معمولاً زمان خیز به‌صورت زمان مورد نیاز برای اینکه سیگنال خروجی از % 10 به % 90 مقدار نهایی خود در پاسخ به یک تابع پله ورودی نوری برسد، تعریف می‌شود.

سرعت پاسخ‌دهی دیود آشکارساز اساساً وابسته به سه عامل زیر است:

1. زمان گذر حامل‌ها از ناحیه تهی.
2. زمان نفوذ حامل‌های تولید شده در خارج از ناحیه تهی.
3. ثابت زمانی RC مدار دیود.

NEP ولتاژ سیگنال RMS تولید شده است، زمانی‌که نسبت سیگنال به نویز برابر با یک باشد. این فاکتور برای زمانی‌که توانایی آشکارساز را در تعیین پایین‌ترین سطح تابش مشخص کند، بسیار مفید است. در حالت کلی NEP با ناحیه فعال آشکارساز افزایش می‌یابد و با معادله زیر محاسبه می‌شود.

$$NEP=\frac{IncidentEnergy*Area}{\frac{S}{N}*\sqrt{\Delta f}}$$

در اینجا \(\frac{S}{N}\) نسبت سیگنال به نویز، \(\Delta f\) پهنای باند نویز و واحد انرژی فرودی \(W/cm^2\) می‌باشد.

مقاومت شانت، مقاومت نقطه اتصال فوتودیود با بایاس صفر را نشان می‌دهد. یک فوتودیود ایده‌ال یک مقاومت شانت نامحدود دارد اما مقادیر واقعی در دیودها در محدوده‌ای بین 10 اهم تا هزاران مگااهم است که به ساختار فوتودیود وابسته است. برای مثال مقاومت شانت آشکارساز InGaAs (ایندیوم، گالیوم، آرسناید) در محدوده 10 مگااهم است درحالیکه آشکارساز Ge (ژرمانیوم) مقاومت شانتی در محدوده کیلواهم دارد. به‌طورخاص مقاومت شانت می‌تواند نویز جریان روی فوتودیود را تحت تاثیر قرار دهد. در بیشتر کاربردها، مقاومت شانت تاثیر بسیار کمی روی توان تابشی دارد که می‌توان آن را نادیده گرفت.

مقاومت سری مقاومت مواد نیمه‌هادی است و این مقاومت پایین می‌تواند به‌طور کلی نادیده گرفته شود. مقاومت سری از اتصالات سیمی فوتودیود تشکیل شده که برای تعیین میزان خطی بودن فوتودیود در شرایط بایاس صفر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به بیان ساده بازده کوانتومی برابر تعداد الکترون‌های تولید شده در پیوند به ازای تعداد فوتون‌های تابیده‌شده است. اگر فرض کنیم که هر فوتون در حالت ایده آل یک زوج الکترون- حفره تولید می‌کند؛ η، برابر 100 % می شود. اما در عمل به علت اتلاف‌هایی که رخ می‌دهد کمتر از 100 % است.

این کمیت تابع طول موج نور اعمالی به فوتودیود است.

بطور کلی بازده کوانتومی توسط رابطه زیر بیان می‌شود:

$$\eta=\frac{\text{(Number of Electrons - Generated Hole Paires) / sec}}{\text{Number of Incident Photons / sec}}$$

در مواد نیمه‌هادی، جذب نور تابیده شده مطابق با رابطه زیر است:

$$P(x)=P_r(1-e^{-\alpha_s(\lambda)x})$$

\(\alpha_s(\lambda)\) ثابت جذب ماده نیمه‌هادی در طول موج \(\lambda\) و \(P(x)\) توان جذب شده در فاصله x است. اگر پهنای ناحیه تهی \(w\) باشد، کل توان جذب شده در منطقه \(w\) برابر است با:

$$P(x)=P_r(1-e^{-\alpha_xw})$$

بنابراین جریان نوری برابر خواهد شد با:

$$I_p=\frac{e}{hv}P_r(1-e^{-\alpha_s w})(1-R_f)$$

که \(R_f\) ضریب انعکاس در وجه ورودی دیود نوری است. بنابراین \(\eta\) برابراست با:

$$\eta=(1-e^{-\alpha_s w})(1-R_f)$$

این بدین معنی است که برای دستیابی به \(\eta\) بزرگ بخش اعظم نور تابیده شده باید جذب شود، پس لایه تهی بایستی باندازه کافی بزرگ باشد.وقتی ناحیه تهی ضخیم‌تر باشد، حامل‌های نوری تولید شده زمان بیشتری را برای نفوذ به ناحیه پیوند بایاس معکوس نیاز دارند، و این باعث کاهش سرعت پاسخ دیود می‌شود.

جریان تاریک، یک جریان نشتی در زمانی است که ولتاژ بایاس به یک فوتودیود اعمال می‌شود. به بیان دقیق‌تر اگر نوری در کار نباشد، تنها جریان نشتی کوچکی که ناشی از انرژی گرمایی است از مدار دیود می‌گذرد که به آن‌ جریان تاریک گفته می‌شود و در ردهٔ نانوآمپر است. در حالت فوتوکانداکتیو (اتصال کوتاه)، تمایل به افزایش جریان تاریک وجود دارد که به‌طور مستقیم با دما تغییر می‌کند. جریان تاریک تقریبا با هر 10 درجه سانتی‌گراد افزایش دما، دوبرابر شده و مقاومت شانت نیز در ازای هر 6 درجه سانتیگراد افزایش، دوبرابر می‌شود. بدیهی است که اعمال یک بایاس بالاتر، ظرفیت خازنی را کاهش و در عوض میزان جریان تاریک حاضر را افزایش خواهد داد.

جریان تاریک متاثر از ساختار فوتودیود و سایز بخش فعال می‌باشد. به‌طور کلی حسگرهای سیلکونی در مقایسه با حسگرهای ژرمانیوم که جریان‌ تاریک بالایی دارند، جریان تاریک پایینی را تولید می‌کنند. جدول زیر لیست چندین ماده فوتودیود و جریان‌های تاریک مرتبط، سرعت و حساسیت آن‌ها را در بازه طول موجی مخصوص به خود نشان می‌دهد.

ظرفیت خازنی نقطه اتصال، یک ویژگی مهم فوتودیودها محسوب می‌شود چراکه می‌تواند تاثیر عمیقی روی پهنای باند و پاسخ فوتودیود بگذارد. دیودهای با مساحت بزرگتر داری حجم اتصال بزرگتر، با ظرفیت شارژ بیشتر می‌باشند. در حالت بایاس معکوس، ناحیه تهی نقطه اتصال افزایش می‌یابد، بنابراین بطور موثری ظرفیت خازنی نقطه اتصال کاهش و سرعت پاسخ، افزایش خواهد یافت.