Каковы принципы и области применения PIN-диодов? (Часть 1)

PIN-код Фотодиодпредставляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из PIN-перехода, который преобразует оптический сигнал в электрический сигнал, изменяющийся при изменении освещения. Он направлен на дефицит общего частичного разряда, структура улучшена, а чувствительность выше, чем у обычного фотодиода с PN-переходом, и он обладает характеристиками однонаправленной проводимости.

1. Принцип и конструкция PIN-диода

Общий диод состоит из полупроводникового материала, легированного примесями N-типа, и полупроводникового материала, легированного примесями P-типа, непосредственно для формирования PN-перехода. PIN-диод должен добавить тонкий слой низколегированного собственного полупроводника между полупроводниковым материалом P-типа и полупроводниковым материалом N-типа.

Структурная схема PIN-диода показана на рисунке 1, поскольку собственный полупроводник аналогичен среде, что эквивалентно увеличению расстояния между двумя электродами конденсатора PN-перехода, так что конденсатор перехода становится маленьким. Во-вторых, ширина обедненного слоя в полупроводнике P-типа и полупроводнике N-типа увеличивается с увеличением обратного напряжения, а емкость перехода также уменьшается с увеличением обратного смещения. Из-за наличия слоя I, а область P, как правило, очень тонкая, падающий фотон может поглощаться только в слое I, а обратное смещение в основном сосредоточено в области I, образуя область сильного электрического поля, а фотогенерированный носитель в области I ускоряется под действием сильного электрического поля, поэтому постоянная времени пролета носителей уменьшается, тем самым улучшая АЧХ фотодиода. В то же время введение слоя I увеличивает область обеднения и расширяет эффективную рабочую область фотоэлектрического преобразования, тем самым повышая чувствительность.

Существуют две основные структуры PIN-диода, а именно структура плоскости и структура мезы, как показано на рисунке 2. Для диодов с переходом Si-pin133 концентрация носителей в слое I очень низкая (порядка 10 см). величины), удельное сопротивление очень велико (порядка к-см), а мощность W обычно велика (от 10 до 200 м); Концентрация легирования полупроводников P-типа и N-типа по обе стороны от слоя I обычно очень высока.

I-слои как планарных, так и меза-структур могут быть изготовлены по технологии эпитаксии, а высоколегированные p-плюс-слои могут быть получены по технологии термодиффузии или ионной имплантации. Планарные диоды могут быть легко изготовлены обычными планарными процессами. Диод меза-структуры также необходимо изготовить (путем травления или проточки). Преимущества мезаструктуры:

① Изгибная часть плоского перехода удалена, а поверхностное напряжение пробоя улучшено;

② Краевая емкость и индуктивность уменьшены, что способствует повышению рабочей частоты.

2. Рабочее состояние PIN-диода при различном смещении

① Положительный дрейф вниз

Когда на PIN-диод подается прямое напряжение, многие моли в области P и области N будут введены в область I и рекомбинированы в области I. Когда инжекционный носитель и составной носитель равны, ток I достигает равновесия. Собственный слой имеет низкое сопротивление из-за накопления большого количества носителей, поэтому, когда PIN-диод смещен в прямом направлении, он имеет низкоомную характеристику. Чем больше прямое смещение, тем больше ток, инжектируемый в I-слой, и тем больше носителей в I-слое, что снижает его сопротивление. На рис. 3 представлена ​​эквивалентная электрическая схема при положительном смещении, и видно, что она эквивалентна малому сопротивлению со значением сопротивления от 0,1 Ом до 10 Ом.

② Нулевое отклонение

Когда к обоим концам PIN-диода не приложено напряжение, поскольку фактический слой I содержит небольшое количество примесей P-типа, на интерфейсе IN дырки в области I диффундируют в область N, а электроны в области Область N диффундирует в область I, а затем образует область пространственного заряда. Поскольку концентрация примесей в зоне I очень мала по сравнению с концентрацией в зоне N, большая часть зоны обеднения находится почти в зоне I. На границе PI из-за разницы концентраций (концентрация дырок В области P намного больше в области I) диффузионное движение также будет иметь место, но его влияние значительно меньше, чем на границе IN, и им можно пренебречь. Следовательно, при нулевом смещении PIN-диод находится в состоянии высокого сопротивления из-за наличия обедненной области в области I.

③ Обратное смещение вниз

Обратное смещение очень похоже на нулевое смещение, за исключением того, что встроенное электрическое поле усиливается, и эффект заключается в расширении области пространственного заряда IN-перехода, в основном в направлении I-области. В это время PIN-диод может быть эквивалентен сопротивлению плюс емкости, сопротивление — это сопротивление оставшейся внутренней области, а емкость — барьерная емкость области истощения. На рис. 4 представлена ​​эквивалентная принципиальная схема PIN-диода при обратном смещении, и видно, что диапазон сопротивления находится в пределах от 1 Ом до 1 00 Ом, а диапазон емкости — от 0,1 пФ до 10 пФ. Когда обратное смещение слишком велико, так что зона обеднения заполняет всю I-зону, происходит проникновение I-зоны, и трубка PIN не будет работать нормально.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.