دیود بهمنی تک‌فوتونی
عمل > ناحیه بایاس و مشخصه ولتاژ-جریان

اتصال p-n نیم‌رسانا بسته به ولتاژ اعمال شده می‌تواند در چندین ناحیه کاری بایاس شود. برای عملکرد عادی دیود یک جهته (در یک جهت)، در طول هدایت از ناحیه بایاس و ولتاژ جلو استفاده می‌شود، در حالی که ناحیه بایاس معکوس مانع از هدایت می‌شود. هنگامی که اتصال با ولتاژ بایاس معکوس کم‌کار می‌کند، اتصال p-n می‌تواند به عنوان یک فوتودیود افزایش یونیت عمل کند. همان‌طور که هدایت معکوس افزایش می‌یابد، ممکن است مقداری افزایش داخلی از طریق ضرب حامل ایجاد شود که به فوتودیود اجازه می‌دهد به عنوان یک فوتودیود بهمن (ای‌پی‌دی) با یک افزایش پایدار و یک پاسخ خطی به سیگنال ورودی نوری عمل کند. با این حال، با افزایش ولتاژ بایاس، هنگامی که قدرت میدان الکتریکی در اتصال p-n به سطح بحرانی برسد، اتصال p-n خراب می‌شود. از آنجا که این میدان الکتریکی توسط ولتاژ بایاس بیش از محل اتصال القا می‌شود، به عنوان ولتاژ شکست، VBD نشان داده می‌شود. یک اس‌پی‌ای‌دی با ولتاژ بایاس اضافی، Vex، بالاتر از ولتاژ شکست، بایاس معکوس دارد، اما زیر یک ولتاژ شکست ثانویه، بالاتر مربوط به حلقه محافظ اس‌پی‌ای‌دی است؛ بنابراین بایاس کل (VBD + Vex) تا حدی از ولتاژ شکست فراتر رفته‌است که "در این بایاس، میدان الکتریکی آنقدر زیاد است [بالاتر از ۳ × 10 5 V / cm] به طوری که یک حامل بار منفرد به لایه تخلیه تزریق می‌شود می‌تواند جریان بهمن داخلی را تحریک کند. جریان به سرعت [زمان افزایش زیر نانوثانیه] به یک سطح ثابت ماکروسکوپی در محدوده میلی آمپر افزایش می‌یابد. اگر حامل اصلی از طریق نور (فوتون) تولید شده باشد، لبه جلوی پالس بهمنی [با لرزش زمان پیک ثانیه] زمان رسیدن فوتون شناسایی شده را نشان می‌دهد».
از آنجا که مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (IV) یک اتصال p-n اطلاعاتی در مورد رفتار هدایت دیود می‌دهد، این اغلب با استفاده از یک منحنی ردیاب آنالوگ اندازه‌گیری می‌شود. این در شرایط آزمایشگاهی کاملاً کنترل شده ولتاژ بایاس را در مراحل خوب جارو می‌کند. برای یک اس‌پی‌ای‌دی، بدون ورود فوتون یا حاملهای تولید شده از طریق حرارت، ویژگی IV شبیه ویژگی معکوس دیود نیمه رسانای استاندارد است، یعنی انسداد تقریباً کامل جریان شارژ (جریان) در محل اتصال غیر از جریان نشتی کوچک (نانوآمپر). این شرایط را می‌توان به عنوان ویژگی «فرعی» توصیف کرد.
با این حال، هنگامی که این آزمایش انجام می‌شود، یک اثر «سوسو زدن» و یک ویژگی دوم IV می‌تواند فراتر از خرابی مشاهده شود. این امر زمانی اتفاق می‌افتد که اس‌پی‌ای‌دی در زمان جریان ولتاژ بر روی دستگاه، یک رویداد تحریک کننده (ورود فوتون یا حامل تولید شده با حرارت) را تجربه کرده باشد. اس‌پی‌ای‌دی، طی این رفت و برگشت‌ها، جریان بهمن را حفظ می‌کند که به عنوان «اصل» مشخصه IV توصیف می‌شود. همان‌طور که ردیاب منحنی مقدار ولتاژ بایاس را با گذشت زمان افزایش می‌دهد، زمانهایی وجود دارد که اس‌پی‌ای‌دی هنگام جابجایی ولتاژ بالاتر از خرابی باعث می‌شود. در این حالت انتقال از شاخه خارج از شاخه به درون شاخه رخ می‌دهد و جریان قابل توجهی شروع به جریان می‌کند. این منجر به سوسو زدن ویژگی IV می‌شود که توسط محققان اولیه در این زمینه به عنوان «انشعاب» (: تقسیم چیزی به دو شاخه یا قسمت) مشخص شده‌است. برای شناسایی موفقیت‌آمیز تک فوتون‌ها، اتصال p-n باید دارای سطح بسیار کمی از تولید داخلی و فرایندهای ترکیب مجدد باشد. برای کاهش تولید حرارتی، دستگاه‌ها اغلب خنک می‌شوند، در حالی که پدیده‌هایی مانند تونل زدن در اتصالات p-n نیز باید با طراحی دقیق دوپانت‌های نیم‌رسانا و مراحل کاشت کاهش یابد. سرانجام، برای کاهش مکانیسم‌های نویز که توسط مراکز به دام انداختن در ساختار شکاف باند محل اتصال p-n تشدید می‌شوند، دیود نیاز به یک فرایند «تمیز» و بدون دوپانت‌های اشتباه دارد.