Care sunt principiile și aplicațiile diodelor PIN? (Partea 1 )

O fotodiodă PINeste un dispozitiv semiconductor format dintr-o joncțiune PIN care convertește un semnal optic într-un semnal electric care se modifică pe măsură ce lumina se schimbă. Se vizează deficiența PD generală, structura este îmbunătățită, iar sensibilitatea este mai mare decât cea a fotodiodei de joncțiune PN generală și are caracteristicile conducției într-o singură direcție.

1. Principiul și structura diodei PIN

Dioda generală este compusă din material semiconductor dopat cu impurități de tip N și material semiconductor dopat cu impurități de tip P direct pentru a forma o joncțiune PN. Dioda PIN este de a adăuga un strat subțire de semiconductor intrinsec cu doping scăzut între materialul semiconductor de tip P și materialul semiconductor de tip N.

Diagrama de structură a diodei PIN este prezentată în Figura 1, deoarece semiconductorul intrinsec este similar cu mediul, aceasta este echivalentă cu creșterea distanței dintre cei doi electrozi ai condensatorului de joncțiune PN, astfel încât condensatorul de joncțiune devine mic. În al doilea rând, lățimea stratului de epuizare în semiconductorul de tip P și semiconductorul de tip N este lărgită odată cu creșterea tensiunii inverse, iar capacitatea de joncțiune este, de asemenea, mică odată cu creșterea polarizării inverse. Datorită existenței stratului I, iar regiunea P este în general foarte subțire, fotonul incident poate fi absorbit doar în stratul I, iar polarizarea inversă este concentrată în principal în regiunea I, formând o regiune de câmp electric ridicat, iar purtătorul fotogenerat în regiunea I accelerează sub acțiunea câmpului electric puternic, astfel încât constanta de timp de tranzit al purtătorului scade, îmbunătățind astfel răspunsul în frecvență al fotodiodei. În același timp, introducerea stratului I mărește regiunea de epuizare și lărgește zona efectivă de lucru a conversiei fotoelectrice, îmbunătățind astfel sensibilitatea.

Există două structuri de bază ale diodei PIN, și anume, structura planului și structura mesa, așa cum se arată în Figura 2. Pentru diodele de joncțiune Si-pin133, concentrația purtătorului stratului I este foarte scăzută (aproximativ 10 cm ordin). de mărime), rezistivitatea este foarte mare (aproximativ k-cm ordin de mărime), iar grosimea W este în general groasă (între 10 și 200m); Concentrația de dopaj a semiconductorilor de tip P și de tip N de pe ambele părți ale stratului I este de obicei foarte mare.

Straturile I ale structurilor plane și mesa pot fi fabricate prin tehnologia epitaxiei, iar straturile p plus puternic dopate pot fi obținute prin tehnologia de difuzie termică sau de implantare ionică. Diodele plane pot fi fabricate cu ușurință prin procedee plane convenționale. Dioda cu structură mesa trebuie, de asemenea, fabricată (prin gravare sau canelare). Avantajele structurii mesa sunt:

① Partea de îndoire a joncțiunii plane este îndepărtată, iar tensiunea de rupere a suprafeței este îmbunătățită;

②Capacitatea și inductanța marginii sunt reduse, ceea ce este favorabil îmbunătățirii frecvenței de operare.

2. Starea de funcționare a diodei PIN sub polarizare diferită

①Deriva pozitivă în jos

Când dioda PIN este aplicată cu o tensiune directă, mulți moli din regiunea P și regiunea N vor fi injectați în regiunea I și recombinați în regiunea I. Când purtătorul de injecție și purtătorul compus sunt egali, curentul I ajunge la echilibru. Stratul intrinsec are o rezistență scăzută datorită acumulării unui număr mare de purtători, astfel încât atunci când dioda PIN este polarizată înainte, are o caracteristică de rezistență scăzută. Cu cât este mai mare polarizarea directă, cu atât este mai mare curentul injectat în stratul I și cu atât mai mulți purtători în stratul I, făcând rezistența acestuia mai mică. Figura 3 este schema circuitului echivalent sub polarizare pozitivă și se poate observa că este echivalentă cu o rezistență mică cu o valoare a rezistenței între 0.1Ω și 10Ω.

② Abatere zero

Când nu se aplică nicio tensiune la ambele capete ale diodei PIN, deoarece stratul I real conține o cantitate mică de impurități de tip P, la interfața IN, găurile din regiunea I difuzează în regiunea N, iar electronii din Regiunea N difuzează în regiunea I și apoi formează o regiune de încărcare spațială. Deoarece concentrația de impurități din Zona I este foarte scăzută în comparație cu cea din Zona N, cea mai mare parte a zonei de epuizare se află aproape în Zona I. La interfața PI, din cauza diferenței de concentrație (concentrația orificiilor din regiunea P este mult mai mare decât că în regiunea I), va avea loc și mișcarea de difuzie, dar efectul său este mult mai mic decât cel de la interfața IN și poate fi ignorat. Prin urmare, la polarizarea zero, dioda PIN prezintă o stare de rezistență ridicată datorită existenței unei regiuni de epuizare în regiunea I.

③ Inversați polarizarea în jos

Polarizarea inversă este foarte similară cu polarizarea zero, cu excepția faptului că câmpul electric încorporat este întărit, iar efectul este de a lărgi regiunea de încărcare spațială a joncțiunii IN, în principal spre regiunea I. În acest moment, dioda PIN poate fi echivalentă cu rezistența plus capacitatea, rezistența este rezistența regiunii intrinseci rămase, iar capacitatea este capacitatea de barieră a regiunii de epuizare. Figura 4 este schema de circuit echivalentă a diodei PIN în polarizare inversă și se poate observa că domeniul de rezistență este între 1Ω și 100Ω, iar intervalul de capacitate este între 0,1pF și 10 PF. Când polarizarea inversă este prea mare, astfel încât zona de epuizare umple întreaga zonă I, va avea loc pătrunderea zonei I, iar tubul PIN nu va funcționa normal.

Informații de contact:

Dacă aveți idei, nu ezitați să discutați cu noi. Indiferent unde sunt clienții noștri și care sunt cerințele noastre, ne vom urmări obiectivul de a oferi clienților noștri calitate înaltă, prețuri mici și cele mai bune servicii.