Koji su principi i primjena 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 svjetlost mijenja. Usmjeren je na nedostatak općeg PD, poboljšana je struktura, a osjetljivost je veća od fotodiode općeg PN spoja i ima karakteristike jednosmjerne provodljivosti.

1. Princip i struktura PIN diode

Opća dioda se sastoji od poluvodičkog materijala dopiranog nečistoćama N tipa i poluvodičkog materijala dopiranog nečistoćama P direktno kako bi se formirao PN spoj. PIN dioda treba dodati tanak sloj unutrašnjeg poluvodiča s niskim dopingom između poluvodičkog materijala P-tipa i poluvodičkog materijala N-tipa.

Strukturni dijagram PIN diode prikazan je na slici 1, jer je intrinzični poluvodič sličan mediju, što je ekvivalentno povećanju udaljenosti između dvije elektrode PN spojnog kondenzatora, tako da spojni kondenzator postaje mali. Drugo, širina osiromašenog sloja u poluvodiču P-tipa i poluvodiču N-tipa se proširuje s povećanjem reverznog napona, a kapacitet spoja je također mali s povećanjem obrnutog prednapona. Zbog postojanja sloja I, a P regija je općenito vrlo tanka, upadni foton se može apsorbirati samo u sloju I, a obrnuto pristrasnost je uglavnom koncentrirana u području I, formirajući područje visokog električnog polja, a fotogenerirani nosač u području I ubrzava pod djelovanjem jakog električnog polja, pa se vremenska konstanta prolaza nosioca smanjuje, čime se poboljšava frekvencijski odziv fotodiode. Istovremeno, uvođenje sloja I povećava područje iscrpljivanja i proširuje efektivnu radnu površinu fotoelektrične konverzije, čime se poboljšava osjetljivost.

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

I slojevi i ravnih i meza struktura mogu se proizvesti tehnologijom epitaksije, a visoko dopirani p plus slojevi mogu se dobiti termalnom difuzijom ili tehnologijom ionske implantacije. Planarne diode mogu se lako proizvesti konvencionalnim planarnim procesima. Diodu sa mešanom strukturom također treba izraditi (jekanjem ili žljebovima). Prednosti strukture mesa su:

① Deo savijanja ravnog spoja je uklonjen, a površinski probojni napon je poboljšan;

②Ivični kapacitet i induktivnost su smanjeni, što je pogodno za poboljšanje radne frekvencije.

2. Radno stanje PIN diode pod različitim predrasudama

①Pozitivan pomak prema dolje

Kada se PIN dioda primeni sa prednjim naponom, mnogi molovi u regionu P i N biće ubrizgani u I region i rekombinovani u I regionu. Kada su injekcioni i složeni nosač jednaki, struja I dostiže ravnotežu. Unutarnji sloj ima nizak otpor zbog akumulacije velikog broja nosilaca, tako da kada je PIN dioda usmjerena naprijed, ima karakteristiku niskog otpora. Što je veća prednagiba, to je veća struja ubrizgana u I sloj, i više nosilaca u I sloju, čineći njegov otpor manjim. Slika 3 je dijagram ekvivalentnog kola pod pozitivnim prednaponom, i može se vidjeti da je ekvivalentan malom otporu sa 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 tipa P, na IN sučelju, rupe u I području difundiraju u N regiju, a elektroni u N regija difundira u I regiju, a zatim formira područje prostornog naboja. Budući da je koncentracija nečistoća u zoni I veoma niska u poređenju sa onom u zoni N, većina zone iscrpljivanja je skoro u zoni I. Na PI interfejsu, zbog razlike u koncentraciji (koncentracija rupa u P regionu je mnogo veća od da će u I regionu) takođe doći do difuzionog kretanja, ali njegov efekat je mnogo manji od onoga na IN interfejsu i može se zanemariti. Stoga, pri nultom prednaponu, PIN dioda predstavlja stanje visokog otpora zbog postojanja područja iscrpljivanja u I području.

③ Obrnuti nadole pristrasnost

Reverzna bias je vrlo slična nultom prednaponu, osim što je ugrađeno električno polje pojačano, a efekat je proširenje područja prostornog naboja IN spoja, uglavnom prema I regiji. U ovom trenutku, PIN dioda može biti ekvivalentna otporu plus kapacitivnosti, otpor je preostali unutrašnji otpor regije, a kapacitivnost je kapacitivnost barijere u oblasti iscrpljivanja. Slika 4 je ekvivalentna shema sklopa PIN diode pod obrnutim prednaponom, i može se vidjeti da je raspon otpora između 1Ω i 100Ω, a raspon kapacitivnosti između 0,1pF i 10 PF. Kada je obrnuti prednapon prevelik, tako da zona iscrpljivanja ispunjava cijelu I zonu, doći će do prodora u I zonu, a PIN cijev neće raditi normalno.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvu ideju, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje se nalaze naši kupci i koji su naši zahtjevi, mi ćemo slijediti naš cilj da našim kupcima pružimo visok kvalitet, niske cijene i najbolju uslugu.