Які принципи та застосування PIN-діодів? (Частина 1 )

Фотодіод PINце напівпровідниковий пристрій, що складається з PIN-переходу, який перетворює оптичний сигнал в електричний сигнал, який змінюється зі зміною світла. Він спрямований на дефіцит загального PD, структура покращена, а чутливість вища, ніж у загального фотодіода PN-переходу, і він має характеристики однонаправленої провідності.

1. Принцип і структура PIN-діода

Загальний діод складається з напівпровідникового матеріалу, легованого домішками N-типу, і напівпровідникового матеріалу, легованого домішками P-типу, безпосередньо для формування PN-переходу. PIN-діод призначений для додавання тонкого шару власного напівпровідника з низьким допуванням між напівпровідниковим матеріалом P-типу та напівпровідниковим матеріалом N-типу.

Структурна схема PIN-діода показана на малюнку 1, оскільки власний напівпровідник подібний до середовища, це еквівалентно збільшенню відстані між двома електродами конденсатора PN-переходу, так що конденсатор переходу стає малим. По-друге, ширина виснаженого шару в напівпровіднику P-типу та напівпровіднику N-типу розширюється зі збільшенням зворотної напруги, а ємність переходу також мала зі збільшенням зворотного зсуву. Через існування шару I, а область P, як правило, дуже тонка, падаючий фотон може поглинатися лише в шарі I, а зворотне зміщення зосереджено в основному в області I, утворюючи область із сильним електричним полем, а фотогенерований носій в області I прискорюється під дією сильного електричного поля, тому постійна часу проходження носія зменшується, тим самим покращуючи частотну характеристику фотодіода. У той же час введення шару I збільшує область виснаження і розширює ефективну робочу область фотоелектричного перетворення, таким чином покращуючи чутливість.

Існують дві основні структури PIN-діода, а саме структура площини та структура мези, як показано на малюнку 2. Для діодів з переходом Si-pin133 концентрація носіїв у шарі I дуже низька (близько 10 см). величини), питомий опір дуже високий (приблизно к-см порядку величини), а товщина W, як правило, велика (між 10 і 200 м); Концентрація легування напівпровідників P-типу та N-типу по обидві сторони шару I зазвичай дуже висока.

I-шари як планарних, так і меза-структур можна виготовити за допомогою технології епітаксії, а високолеговані p-шари можна отримати за допомогою технології термічної дифузії або іонної імплантації. Планарні діоди можна легко виготовити звичайними планарними процесами. Меза-структурний діод також необхідно виготовити (шляхом травлення або канавки). Перевагами мезаструктури є:

① Згинальна частина плоского з’єднання видаляється, а поверхнева напруга пробою покращується;

②Кранова ємність та індуктивність зменшуються, що сприяє покращенню робочої частоти.

2. Робочий стан PIN-діода при різному зміщенні

①Позитивний дрейф вниз

Коли PIN-діод прикладається з прямою напругою, багато родимок у P-області та N-області будуть введені в I-область і рекомбіновані в I-області. Коли інжекційний носій і складений носій рівні, струм I досягає рівноваги. Власний шар має низький опір через накопичення великої кількості носіїв, тому, коли PIN-діод має пряме зміщення, він має характеристику низького опору. Чим більший прямий зсув, тим більший струм вводиться в I-шар, і тим більше носіїв у I-шарі, що робить його опір меншим. На рисунку 3 зображено еквівалентну електричну схему при позитивному зміщенні, і видно, що він еквівалентний невеликому опору зі значенням опору між 0.1Ω та 10Ω.

② Нульове відхилення

Коли на обох кінцях PIN-діода не подається напруга, оскільки фактичний I-шар містить невелику кількість домішок P-типу, на межі IN дірки в I-області дифундують до N-області, а електрони в Область N дифундує до області I, а потім утворює область просторового заряду. Оскільки концентрація домішок у зоні I дуже низька порівняно з концентрацією в зоні N, більша частина зони виснаження знаходиться майже в зоні I. На межі PI через різницю концентрацій (концентрація дірок В області P набагато більша, ніж що в області I), також буде відбуватися дифузійний рух, але його вплив набагато менший, ніж на межі розділу IN, і ним можна ігнорувати. Таким чином, при нульовому зміщенні PIN-діод представляє стан високого опору через існування області виснаження в області I.

③ Зворотний ухил вниз

Зворотне зміщення дуже схоже на нульове зміщення, за винятком того, що вбудоване електричне поле посилюється, і ефект полягає в розширенні області просторового заряду IN-переходу, головним чином у бік I-області. У цей час PIN-діод може бути еквівалентним опору плюс ємність, опір – це внутрішній опір області, що залишився, а ємність – це бар’єрна ємність області виснаження. На рисунку 4 зображено еквівалентну схему PIN-діода при зворотному зміщенні, і видно, що діапазон опору становить від 1 Ом до 100 Ом, а діапазон ємності — від 0,1 пФ до 10 ПФ. Коли зворотне зміщення занадто велике, так що зона виснаження заповнює всю зону I, відбудеться проникнення зони I, і трубка PIN не працюватиме нормально.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.