Hva er prinsippene og anvendelsene av PIN-dioder? (Del 1 )

En PIN-fotodiodeer en halvlederenhet som består av et PIN-kryss som konverterer et optisk signal til et elektrisk signal som endres etter hvert som lyset endres. Den er rettet mot mangelen på generell PD, strukturen er forbedret, og følsomheten er høyere enn for den generelle PN-krysset fotodioden, og den har egenskapene til enveisledning.

1. Prinsipp og struktur for PIN-diode

Den generelle dioden er sammensatt av N-type urenhetsdopet halvledermateriale og P-type urenhetsdotert halvledermateriale direkte for å danne et PN-kryss. PIN-dioden skal legge til et tynt lag av lavdoping Intrinsic halvleder mellom P-type halvledermateriale og N-type halvledermateriale.

Strukturdiagrammet til PIN-dioden er vist i figur 1 fordi den indre halvlederen er lik mediet, dette tilsvarer å øke avstanden mellom de to elektrodene til PN-overgangskondensatoren, slik at overgangskondensatoren blir liten. For det andre utvides bredden på utarmingslaget i halvledere av P-type og halvledere av N-type med økningen av reversspenning, og koblingskapasitansen er også liten med økningen av revers forspenning. På grunn av eksistensen av lag I, og P-regionen generelt er veldig tynn, kan det innfallende fotonet bare absorberes i lag I, og den omvendte skjevheten er hovedsakelig konsentrert i region I, og danner et område med høyt elektrisk felt, og den fotogenererte bæreren i området akselererer I under påvirkning av det sterke elektriske feltet, slik at transporttidskonstanten avtar, og derved forbedrer frekvensresponsen til fotodioden. Samtidig forstørrer innføringen av lag I utarmingsområdet og utvider det effektive arbeidsområdet til den fotoelektriske konverteringen, og forbedrer dermed følsomheten.

Det er to grunnleggende strukturer for PIN-dioden, nemlig strukturen til planet og strukturen til mesaen, som vist i figur 2. For Si-pin133 koblingsdioder er bærerkonsentrasjonen til lag I veldig lav (omtrent 10 cm rekkefølge). av størrelsesorden), resistiviteten er svært høy (omtrent k-cm størrelsesorden), og tykkelsen W er generelt tykk (mellom 10 og 200m); Dopingkonsentrasjonen av P-type og N-type halvledere på hver side av I-laget er vanligvis svært høy.

I-lagene til både plane og mesa-strukturer kan fremstilles ved epitaksiteknologi, og de høyt dopede p plus-lagene kan oppnås ved termisk diffusjon eller ioneimplantasjonsteknologi. Plane dioder kan enkelt fremstilles ved konvensjonelle plane prosesser. Mesa-strukturdioden må også fremstilles (ved etsing eller rilling). Fordelene med mesa-struktur er:

① Den bøyende delen av plankrysset fjernes, og overflateavbruddsspenningen forbedres;

②Kantkapasitansen og induktansen reduseres, noe som bidrar til å forbedre driftsfrekvensen.

2. PIN-diode arbeidstilstand under forskjellig skjevhet

①Positiv nedadgående drift

Når PIN-dioden påføres en foroverspenning, vil mange mol i P-regionen og N-regionen bli injisert i I-regionen og rekombinert i I-regionen. Når injeksjonsbæreren og den sammensatte bæreren er like, når strømmen I likevekt. Det indre laget har lav motstand på grunn av akkumulering av et stort antall bærere, så når PIN-dioden er foroverrettet, har den en lav motstandskarakteristikk. Jo større forspenning er, jo større er strømmen som injiseres i I-laget, og jo flere bærere i I-laget, noe som gjør motstanden mindre. Figur 3 er det ekvivalente kretsskjemaet under positiv bias, og det kan sees at det tilsvarer en liten motstand med en motstandsverdi mellom 0.1Ω og 10Ω.

② Null avvik

Når det ikke påføres spenning i begge ender av PIN-dioden, fordi det faktiske I-laget inneholder en liten mengde urenheter av P-typen, ved IN-grensesnittet, diffunderer hullene i I-regionen til N-regionen, og elektronene i N-regionen diffunderer til I-regionen, og danner deretter et romladningsområde. Fordi urenhetskonsentrasjonen i sone I er svært lav sammenlignet med sone N, er det meste av utarmingssonen nesten i sone I. Ved PI-grensesnittet, på grunn av konsentrasjonsforskjellen (hullkonsentrasjonen I P-regionen er mye større enn at i I-regionen), vil diffusjonsbevegelse også forekomme, men effekten er mye mindre enn den ved IN-grensesnittet og kan ignoreres. Derfor, ved null forspenning, presenterer PIN-dioden en høy motstandstilstand på grunn av eksistensen av et uttømmingsområde i I-området.

③ Reversering nedover

Omvendt bias er veldig lik null-bias, bortsett fra at det innebygde elektriske feltet forsterkes, og effekten er å utvide romladningsområdet til IN-krysset, hovedsakelig mot I-området. På dette tidspunktet kan PIN-dioden være ekvivalent med motstanden pluss kapasitans, motstanden er den gjenværende motstanden i det indre området, og kapasitansen er barrierekapasitansen til utarmingsområdet. Figur 4 er det ekvivalente kretsskjemaet til PIN-dioden under revers forspenning, og det kan sees at motstandsområdet er mellom 1Ω og 100Ω, og kapasitansområdet er mellom 0,1pF og 10 PF. Når omvendt bias er for stor, slik at utarmingssonen fyller hele I-sonen, vil I-sonepenetrering oppstå, og PIN-røret vil ikke fungere normalt.

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.