Koji su principi i primjene PIN dioda? (1. dio )

PIN fotodiodaje poluvodički uređaj koji se sastoji od PIN spoja koji pretvara optički signal u električni signal koji se mijenja kako se mijenja svjetlo. Usmjeren je na nedostatak općeg PD-a, struktura je poboljšana, a osjetljivost je veća od one opće fotodiode PN spoja i ima karakteristike jednosmjerne vodljivosti.

1. Princip i struktura PIN diode

Opća dioda sastoji se od poluvodičkog materijala dopiranog nečistoćama tipa N i poluvodičkog materijala dopiranog nečistoćama tipa P koji izravno stvara PN spoj. PIN dioda treba dodati tanki sloj intrinzičnog poluvodiča s niskim dopiranjem između poluvodičkog materijala P-tipa i poluvodičkog materijala N-tipa.

Dijagram strukture PIN diode prikazan je na slici 1 jer je unutarnji poluvodič sličan mediju, što je ekvivalentno povećanju udaljenosti između dviju elektroda kondenzatora PN spoja, tako da spojni kondenzator postaje malen. Drugo, širina osiromašenog sloja u poluvodiču P-tipa i poluvodiču N-tipa se povećava s povećanjem reverznog napona, a kapacitet spoja je također mali s povećanjem reverznog prednapona. Zbog postojanja sloja I, a P regija je općenito vrlo tanka, upadni foton može se apsorbirati samo u sloju I, a obrnuto prednaprezanje je uglavnom koncentrirano u regiji I, tvoreći područje visokog električnog polja, a fotogenerirani nositelj u području I ubrzava pod djelovanjem jakog električnog polja, pa se konstanta prolaznog vremena nositelja smanjuje, čime se poboljšava frekvencijski odziv fotodiode. U isto vrijeme, uvođenje sloja I povećava osiromašeno područje i proširuje učinkovito radno područje fotoelektrične pretvorbe, čime se poboljšava osjetljivost.

Postoje dvije osnovne strukture PIN diode, naime, struktura ravnine i struktura meze, kao što je prikazano na slici 2. Za Si-pin133 spojne diode, koncentracija nositelja sloja I je vrlo niska (red oko 10 cm veličine), otpornost je vrlo visoka (oko k-cm reda veličine), a debljina W općenito je debela (između 10 i 200 m); Koncentracija dopinga poluvodiča P-tipa i N-tipa s obje strane sloja I obično je vrlo visoka.

I slojevi planarnih i meza struktura mogu se izraditi tehnologijom epitaksije, a visoko dopirani p plus slojevi mogu se dobiti tehnologijom toplinske difuzije ili ionske implantacije. Planarne diode mogu se lako proizvesti konvencionalnim planarnim procesima. Diodu s meza strukturom također je potrebno izraditi (jetkanjem ili utorom). Prednosti meza strukture su:

① Dio savijanja ravninskog spoja je uklonjen, a površinski probojni napon je poboljšan;

②Rubni kapacitet i induktivitet su smanjeni, što je pogodno za poboljšanje radne frekvencije.

2. Radno stanje PIN diode pod različitim prednaponima

①Pozitivno kretanje prema dolje

Kada se PIN dioda primijeni s prednjim naponom, mnogi molovi u P regiji i N regiji bit će ubrizgani u I regiju i rekombinirani u I regiji. Kada su injekcijski nosač i složeni nosač jednaki, struja I postiže ravnotežu. Unutarnji sloj ima mali otpor zbog nakupljanja velikog broja nositelja, tako da kada je PIN dioda usmjerena prema naprijed, ima karakteristiku niskog otpora. Što je veći prednapon, to je veća struja ubrizgana u I sloj i više nosilaca u I sloju, čineći njegov otpor manjim. Slika 3 je dijagram ekvivalentnog strujnog kruga pod pozitivnim prednaprezanjem i može se vidjeti da je ekvivalentan malom otporu s vrijednošću otpora između 0.1Ω i 10Ω.

② Nulto odstupanje

Kada se na oba kraja PIN diode ne primjenjuje napon, jer stvarni I sloj sadrži malu količinu nečistoća P-tipa, na IN sučelju, rupe u I području difundiraju u N područje, a elektroni u N područje difundira u područje I, a zatim formira područje prostornog naboja. Budući da je koncentracija nečistoća u Zoni I vrlo niska u usporedbi s onom u Zoni N, većina osiromašene zone je gotovo u Zoni I. Na PI sučelju, zbog razlike u koncentraciji (koncentracija šupljina U P području mnogo je veća od u području I), također će se pojaviti difuzijsko gibanje, ali je njegov učinak mnogo manji od onog na IN sučelju i može se zanemariti. Stoga, pri nultom prednaprezanju, PIN dioda predstavlja stanje visokog otpora zbog postojanja osiromašenog područja u I području.

③ Obrnuti pomak prema dolje

Reverzni prednapon vrlo je sličan nultom prednaprezanju, osim što je ugrađeno električno polje pojačano, a učinak je širenje područja prostornog naboja IN spoja, uglavnom prema I području. U ovom trenutku, PIN dioda može biti ekvivalentna otporu plus kapacitetu, otpor je preostali intrinzični otpor područja, a kapacitet je kapacitet barijere osiromašenog područja. Slika 4 je dijagram ekvivalentnog strujnog kruga PIN diode pod reverznom prednaponom i može se vidjeti da je raspon otpora između 1Ω i 100Ω, a raspon kapaciteta između 0,1pF i 10 PF. Kada je obrnuti prednapon prevelik, tako da zona iscrpljivanja ispunjava cijelu zonu I, doći će do prodiranja zone I i PIN cijev neće raditi normalno.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.