Quins són els principis i aplicacions dels díodes PIN? (Part 1 )

Un fotodiode PINés un dispositiu semiconductor format per una unió PIN que converteix un senyal òptic en un senyal elèctric que canvia a mesura que canvia la llum. Està dirigit a la deficiència de PD general, es millora l'estructura i la sensibilitat és superior a la del fotodíode d'unió PN general i té les característiques de conducció en una sola direcció.

1. Principi i estructura del díode PIN

El díode general es compon de material semiconductor dopat amb impureses de tipus N i material semiconductor dopat per impureses de tipus P directament per formar una unió PN. El díode PIN és afegir una capa fina de semiconductor intrínsec de baix dopatge entre el material semiconductor de tipus P i el material semiconductor de tipus N.

El diagrama d'estructura del díode PIN es mostra a la figura 1 perquè el semiconductor intrínsec és similar al medi, això equival a augmentar la distància entre els dos elèctrodes del condensador d'unió PN, de manera que el condensador d'unió es torna petit. En segon lloc, l'amplada de la capa d'esgotament en semiconductors de tipus P i semiconductors de tipus N s'amplia amb l'augment de la tensió inversa, i la capacitat de la unió també és petita amb l'augment de la polarització inversa. A causa de l'existència de la capa I, i la regió P és generalment molt prima, el fotó incident només es pot absorbir a la capa I i el biaix invers es concentra principalment a la regió I, formant una regió de camp elèctric elevat i el portador fotogenerat. a la regió I s'accelera sota l'acció del camp elèctric fort, de manera que la constant de temps de trànsit de la portadora disminueix, millorant així la resposta de freqüència del fotodíode. Al mateix temps, la introducció de la capa I amplia la regió d'esgotament i amplia l'àrea de treball efectiva de la conversió fotoelèctrica, millorant així la sensibilitat.

Hi ha dues estructures bàsiques del díode PIN, és a dir, l'estructura del pla i l'estructura de la taula, tal com es mostra a la figura 2. Per als díodes d'unió Si-pin133, la concentració del portador de la capa I és molt baixa (uns 10 cm d'ordre). de magnitud), la resistivitat és molt alta (uns k-cm ordre de magnitud), i el gruix W és generalment gruixut (entre 10 i 200 m); La concentració de dopatge dels semiconductors de tipus P i de tipus N a banda i banda de la capa I sol ser molt alta.

Les capes I de les estructures planars i de mesa es poden fabricar mitjançant tecnologia d'epitaxia, i les capes p plus altament dopades es poden obtenir mitjançant tecnologia de difusió tèrmica o implantació d'ions. Els díodes planars es poden fabricar fàcilment mitjançant processos planars convencionals. El díode d'estructura de mesa també s'ha de fabricar (per gravat o ranurat). Els avantatges de l'estructura mesa són:

① S'elimina la part de flexió de la unió plana i es millora la tensió de ruptura superficial;

② La capacitat i la inductància de vora es redueixen, cosa que afavoreix la millora de la freqüència de funcionament.

2. Estat de funcionament del díode PIN amb diferent biaix

①Deriva cap avall positiva

Quan el díode PIN s'aplica amb una tensió directa, molts mols de la regió P i N s'injectaran a la regió I i es recombinaran a la regió I. Quan el portador d'injecció i el portador compost són iguals, el corrent I arriba a l'equilibri. La capa intrínseca té una resistència baixa a causa de l'acumulació d'un gran nombre de portadors, de manera que quan el díode PIN està esbiaixat cap endavant, té una característica de baixa resistència. Com més gran sigui el biaix cap endavant, més gran serà el corrent injectat a la capa I i més portadors a la capa I, fent que la seva resistència sigui menor. La figura 3 és l'esquema de circuit equivalent amb polarització positiva, i es pot veure que és equivalent a una petita resistència amb un valor de resistència entre 0,1Ω i 10Ω.

② Desviació zero

Quan no s'aplica cap tensió als dos extrems del díode PIN, perquè la capa I real conté una petita quantitat d'impureses de tipus P, a la interfície IN, els forats de la regió I es difonen a la regió N i els electrons a la regió N. La regió N es difon a la regió I i després formen una regió de càrrega espacial. Com que la concentració d'impureses a la Zona I és molt baixa en comparació amb la de la Zona N, la major part de la zona d'esgotament es troba gairebé a la Zona I. A la interfície PI, a causa de la diferència de concentració (la concentració del forat a la regió P és molt més gran que que a la regió I), també es produirà moviment de difusió, però el seu efecte és molt menor que el de la interfície IN i es pot ignorar. Per tant, a polarització zero, el díode PIN presenta un estat de gran resistència a causa de l'existència d'una regió d'esgotament a la regió I.

③ Invertir el biaix a la baixa

El biaix invers és molt similar al biaix zero, excepte que el camp elèctric integrat s'enforteix i l'efecte és eixamplar la regió de càrrega espacial de la unió IN, principalment cap a la regió I. En aquest moment, el díode PIN pot ser equivalent a la resistència més la capacitat, la resistència és la resistència de la regió intrínseca restant i la capacitat és la capacitat de barrera de la regió d'esgotament. La figura 4 és el diagrama de circuit equivalent del díode PIN amb polarització inversa, i es pot veure que el rang de resistència està entre 1Ω i 100Ω, i el rang de capacitat està entre 0,1pF i 10 PF. Quan el biaix invers és massa gran, de manera que la zona d'esgotament ompli tota la zona I, es produirà la penetració de la zona I i el tub PIN no funcionarà normalment.

Informació de contacte:

Si teniu alguna idea, no dubteu a parlar amb nosaltres. Independentment d'on siguin els nostres clients i quins siguin els nostres requisits, seguirem el nostre objectiu d'oferir als nostres clients alta qualitat, preus baixos i el millor servei.