Hvad er principperne og anvendelserne af PIN-dioder? (Del 1 )

En PIN-fotodiodeer en halvlederenhed, der består af en PIN-forbindelse, der konverterer et optisk signal til et elektrisk signal, der ændres i takt med, at lyset ændrer sig. Det er rettet mod manglen på generel PD, strukturen er forbedret, og følsomheden er højere end den generelle PN-junction fotodiode, og den har karakteristika af enkelt-retningsledning.

1. Princip og struktur for PIN-diode

Den generelle diode er sammensat af N-type urenhedsdoteret halvledermateriale og P-type urenhedsdoteret halvledermateriale direkte for at danne en PN-forbindelse. PIN-dioden skal tilføje et tyndt lag lav-doping Intrinsic halvleder mellem P-type halvledermateriale og N-type halvledermateriale.

Strukturdiagrammet for PIN-dioden er vist i figur 1, fordi den iboende halvleder ligner mediet, dette svarer til at øge afstanden mellem de to elektroder på PN-forbindelseskondensatoren, så overgangskondensatoren bliver lille. For det andet udvides bredden af ​​udtømningslaget i halvledere af P-type og halvledere af N-type med stigningen i omvendt spænding, og overgangskapacitansen er også lille med stigningen i omvendt bias. På grund af eksistensen af ​​lag I, og P-regionen generelt er meget tynd, kan den indfaldende foton kun absorberes i lag I, og den omvendte bias er hovedsageligt koncentreret i region I, der danner et område med højt elektrisk felt, og den fotogenererede bærer i området accelererer I under påvirkning af det stærke elektriske felt, så bærertransittidskonstanten falder, og derved forbedrer fotodiodens frekvensrespons. Samtidig forstørrer introduktionen af ​​lag I udtømningsområdet og udvider det effektive arbejdsområde for den fotoelektriske konvertering, hvilket forbedrer følsomheden.

Der er to grundlæggende strukturer af PIN-dioden, nemlig strukturen af ​​planet og strukturen af ​​mesaen, som vist i figur 2. For Si-pin133 junction dioder er bærerkoncentrationen af ​​lag I meget lav (ca. 10 cm orden af størrelsesorden), er modstanden meget høj (ca. k-cm størrelsesorden), og tykkelsen W er generelt tyk (mellem 10 og 200m); Dopingkoncentrationen af ​​P-type og N-type halvledere på hver side af I-laget er normalt meget høj.

I-lagene af både plane og mesa-strukturer kan fremstilles ved epitaksiteknologi, og de stærkt doterede p plus-lag kan opnås ved termisk diffusion eller ionimplantationsteknologi. Plane dioder kan let fremstilles ved konventionelle plane processer. Mesa-strukturdioden skal også fremstilles (ved ætsning eller rille). Fordelene ved mesa-struktur er:

① Den bøjede del af planforbindelsen fjernes, og overfladenedbrydningsspændingen forbedres;

②Kantkapacitansen og induktansen er reduceret, hvilket er befordrende for at forbedre driftsfrekvensen.

2. PIN-diode arbejdstilstand under forskellig bias

①Positiv nedadgående drift

Når PIN-dioden påføres en fremadspænding, vil mange mol i P-regionen og N-regionen blive injiceret i I-regionen og rekombineret i I-regionen. Når injektionsbæreren og den sammensatte bærer er ens, når strømmen I ligevægt. Det indre lag har en lav modstand på grund af akkumuleringen af ​​et stort antal bærere, så når PIN-dioden er fremadrettet, har den en lav modstandskarakteristik. Jo større den fremadrettede forspænding, desto større er strømmen, der injiceres i I-laget, og jo flere bærere i I-laget, hvilket gør dets modstand mindre. Figur 3 er det ækvivalente kredsløbsdiagram under positiv bias, og det kan ses, at det svarer til en lille modstand med en modstandsværdi mellem 0.1Ω og 10Ω.

② Nul afvigelse

Når der ikke påføres spænding i begge ender af PIN-dioden, fordi det faktiske I-lag indeholder en lille mængde urenheder af P-typen, ved IN-grænsefladen, diffunderer hullerne i I-området til N-området, og elektronerne i N-området diffunderer til I-området og danner derefter et rumladningsområde. Fordi urenhedskoncentrationen i Zone I er meget lav sammenlignet med den i Zone N, er det meste af udtømningszonen næsten i Zone I. Ved PI-grænsefladen er på grund af koncentrationsforskellen (hulkoncentrationen I P-regionen meget større end at i I-regionen), vil der også forekomme diffusionsbevægelse, men dens virkning er meget mindre end ved IN-grænsefladen og kan ignoreres. Derfor udviser PIN-dioden ved nul forspænding en høj modstandstilstand på grund af eksistensen af ​​et udtømningsområde i I-området.

③ Omvendt nedadgående forspænding

Den omvendte bias er meget lig nul-bias, bortset fra at det indbyggede elektriske felt forstærkes, og effekten er at udvide rumladningsområdet i IN-krydset, hovedsageligt mod I-området. På dette tidspunkt kan PIN-dioden svare til modstanden plus kapacitans, modstanden er den resterende iboende regionsmodstand, og kapacitansen er barrierekapaciteten for udtømningsområdet. Figur 4 er det ækvivalente kredsløbsdiagram for PIN-dioden under omvendt bias, og det kan ses, at modstandsområdet er mellem 1Ω og 100Ω, og kapacitansområdet er mellem 0,1pF og 10 PF. Når den omvendte bias er for stor, så udtømningszonen fylder hele I-zonen, vil der opstå I-zonepenetration, og PIN-røret vil ikke fungere normalt.

Kontakt information:

Hvis du har nogle ideer, er du velkommen til at tale med os. Uanset hvor vores kunder er, og hvad vores krav er, vil vi følge vores mål om at give vores kunder høj kvalitet, lave priser og den bedste service.