Jaké jsou principy a aplikace PIN diod? (Část 1 )

Fotodioda s PINje polovodičové zařízení sestávající z PIN přechodu, který převádí optický signál na elektrický signál, který se mění se změnou světla. Je zaměřena na nedostatek obecné PD, struktura je zlepšena a citlivost je vyšší než u obecné fotodiody PN přechodu a má vlastnosti jednosměrného vedení.

1. Princip a struktura PIN diody

Obecná dioda se skládá z polovodičového materiálu dopovaného nečistotami typu N a polovodičového materiálu dopovaného nečistotami typu P přímo za účelem vytvoření PN přechodu. PIN dioda má přidat tenkou vrstvu vnitřního polovodiče s nízkým dopováním mezi polovodičový materiál typu P a polovodičový materiál typu N.

Strukturní schéma PIN diody je znázorněno na obrázku 1, protože vlastní polovodič je podobný médiu, což je ekvivalentní zvětšení vzdálenosti mezi dvěma elektrodami PN přechodového kondenzátoru, takže přechodový kondenzátor se zmenší. Za druhé, šířka ochuzovací vrstvy u polovodičů typu P a polovodičů typu N se rozšiřuje se zvýšením zpětného napětí a kapacita přechodu je také malá se zvýšením zpětného předpětí. Vzhledem k existenci vrstvy I a oblasti P je obecně velmi tenká, dopadající foton může být absorbován pouze ve vrstvě I a zpětné zkreslení se soustředí hlavně v oblasti I, tvořící oblast vysokého elektrického pole a fotogenerovaný nosič. v oblasti I se působením silného elektrického pole zrychluje, takže přenosová časová konstanta nosné klesá, čímž se zlepšuje frekvenční odezva fotodiody. Současně zavedení vrstvy I zvětšuje oblast vyčerpání a rozšiřuje efektivní pracovní oblast fotoelektrické konverze, čímž se zlepšuje citlivost.

Existují dvě základní struktury PIN diody, a to struktura roviny a struktura mesa, jak je znázorněno na obrázku 2. U přechodových diod Si-pin133 je koncentrace nosné vrstvy I velmi nízká (řádově asi 10 cm magnituda), měrný odpor je velmi vysoký (řádově k-cm) a tloušťka W je obecně tlustá (mezi 10 a 200 m); Koncentrace dopingu polovodičů typu P a N na obou stranách I vrstvy je obvykle velmi vysoká.

I vrstvy jak planárních, tak mesa struktur lze vyrobit technologií epitaxe a vysoce dopované vrstvy p plus lze získat technologií tepelné difúze nebo iontové implantace. Planární diody lze snadno vyrobit konvenčními planárními procesy. Dioda se strukturou mesa musí být také vyrobena (leptáním nebo drážkováním). Výhody mesa struktury jsou:

① Odstraní se ohybová část rovinného přechodu a zlepší se povrchové průrazné napětí;

②Okrajová kapacita a indukčnost jsou sníženy, což přispívá ke zlepšení provozní frekvence.

2. Pracovní stav PIN diody při různém předpětí

①Pozitivní posun směrem dolů

Když je PIN dioda aplikována s propustným napětím, mnoho molů v oblasti P a N bude injektováno do oblasti I a rekombinováno v oblasti I. Když jsou injekční nosič a složený nosič stejné, proud I dosáhne rovnováhy. Vnitřní vrstva má nízký odpor kvůli akumulaci velkého počtu nosičů, takže když je PIN dioda předepjatá, má nízkou odporovou charakteristiku. Čím větší je předpětí, tím větší je proud vstřikovaný do vrstvy I a tím více nosičů ve vrstvě I, čímž se její odpor zmenšuje. Obrázek 3 je ekvivalentní schéma zapojení při kladném předpětí a je vidět, že je ekvivalentní malému odporu s hodnotou odporu mezi 0,1Ω a 10Ω.

② Nulová odchylka

Když na obou koncích PIN diody není přivedeno žádné napětí, protože skutečná I vrstva obsahuje malé množství nečistot typu P, na rozhraní IN difundují otvory v oblasti I do oblasti N a elektrony v oblasti N oblast difunduje do oblasti I a poté tvoří oblast prostorového náboje. Protože koncentrace nečistot v zóně I je velmi nízká ve srovnání s koncentrací v zóně N, většina zóny vyčerpání je téměř v zóně I. Na rozhraní PI je kvůli rozdílu koncentrací (koncentrace otvorů v oblasti P mnohem větší než že v oblasti I) dojde také k difúznímu pohybu, ale jeho účinek je mnohem menší než účinek na rozhraní IN a lze jej ignorovat. Proto při nulovém předpětí PIN dioda představuje stav vysokého odporu v důsledku existence oblasti vyčerpání v oblasti I.

③ Reverse down bias

Reverzní předpětí je velmi podobné nulovému předpětí, kromě toho, že vestavěné elektrické pole je zesíleno a výsledkem je rozšíření oblasti prostorového náboje IN přechodu, hlavně směrem k I oblasti. V tomto okamžiku může být PIN dioda ekvivalentní odporu plus kapacitance, odpor je zbývající vnitřní odpor oblasti a kapacita je bariérová kapacita oblasti vyčerpání. Obrázek 4 je ekvivalentní schéma zapojení PIN diody pod zpětným předpětím a je vidět, že rozsah odporu je mezi 1Ω a 10}0Ω a rozsah kapacity je mezi 0,1pF a 10PF. Když je zpětné vychýlení příliš velké, takže zóna vyčerpání vyplní celou I zónu, dojde k průniku I zóny a kolíková trubice nebude fungovat normálně.

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte se na nás obrátit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl poskytovat našim zákazníkům vysokou kvalitu, nízké ceny a nejlepší služby.