Mik a PIN-diódák alapelvei és alkalmazásai? (1. rész )

PIN-fényképdiódaegy félvezető eszköz, amely egy PIN átmenetből áll, amely az optikai jelet elektromos jellé alakítja, amely a fény változásával változik. Célja az általános PD hiányossága, a szerkezet javult, az érzékenysége nagyobb, mint az általános PN átmenet fotodiódáé, és az egyirányú vezetés jellemzőivel rendelkezik.

1. A PIN-dióda elve és felépítése

Az általános dióda N-típusú szennyeződésekkel adalékolt félvezető anyagból és P-típusú szennyeződéssel adalékolt félvezető anyagból áll, közvetlenül PN átmenetet képezve. A PIN-dióda egy vékony réteg alacsony adalékolású belső félvezetőt ad a P-típusú félvezető anyag és az N-típusú félvezető anyag közé.

A PIN dióda szerkezeti diagramja az 1. ábrán látható, mivel a belső félvezető hasonló a közeghez, ez egyenértékű a PN átmenet kondenzátor két elektródája közötti távolság növelésével, így a csatlakozási kondenzátor kicsi lesz. Másodszor, a P-típusú félvezetőben és az N-típusú félvezetőben a kimerülési réteg szélessége a fordított feszültség növekedésével növekszik, és a csatlakozási kapacitás is kicsi a fordított előfeszítés növekedésével. Az I. réteg megléte miatt, és a P régió általában nagyon vékony, a beeső foton csak az I. rétegben tud elnyelődni, és a fordított torzítás főleg az I. régióban koncentrálódik, nagy elektromos mezőt képezve és a fotogenerált hordozóban. az I. tartományban az erős elektromos tér hatására felgyorsul, így a vivő tranzit időállandója csökken, ezáltal javul a fotodióda frekvenciaválasza. Ugyanakkor az I. réteg bevezetése megnöveli a kimerülési tartományt és kiszélesíti a fotoelektromos átalakítás effektív munkaterületét, így javítva az érzékenységet.

A PIN-diódának két alapvető felépítése van, nevezetesen a sík szerkezete és a mesa szerkezete, amint az a 2. ábrán látható. A Si-pin133 csatlakozási diódáknál az I. réteg vivőkoncentrációja nagyon alacsony (körülbelül 10 cm-es sorrend). nagyságrendű), az ellenállás nagyon nagy (kb. k-cm nagyságrend), és a W vastagság általában vastag (10 és 200 m között); A P-típusú és N-típusú félvezetők adalékkoncentrációja az I. réteg mindkét oldalán általában nagyon magas.

Mind a planáris, mind a mesa szerkezetek I rétegei epitaxiás technológiával, az erősen adalékolt p plus rétegek pedig hődiffúziós vagy ionimplantációs technológiával nyerhetők. A sík diódák könnyen előállíthatók hagyományos síkbeli eljárásokkal. A mesa szerkezetű diódát is elő kell készíteni (maratással vagy hornyolással). A mesa szerkezet előnyei a következők:

① A sík csomópont hajlító részét eltávolítják, és a felületi letörési feszültséget javítják;

② Az élkapacitás és az induktivitás csökken, ami elősegíti a működési frekvencia javítását.

2. A PIN-dióda működési állapota eltérő előfeszítés mellett

① Pozitív lefelé irányuló sodródás

Amikor a PIN-diódát előremenő feszültséggel kapcsolják, a P régióban és az N régióban sok mol injektálódik az I tartományba, és rekombinálódik az I tartományban. Ha az injekciós hordozó és az összetett hordozó egyenlő, az I áram eléri az egyensúlyt. A belső rétegnek alacsony az ellenállása a nagyszámú vivő felhalmozódása miatt, így ha a PIN dióda előrefeszített, akkor alacsony az ellenállási karakterisztikája. Minél nagyobb az előretolt előfeszítés, annál nagyobb az I rétegbe fecskendezett áram, és minél több hordozó van az I rétegben, így az ellenállása kisebb. A 3. ábra az egyenértékű kapcsolási rajz pozitív előfeszítés mellett, és látható, hogy egy 0,1Ω és 10Ω közötti ellenállásértékkel egyenértékű kis ellenállással.

② Nulla eltérés

Ha a PIN-dióda mindkét végén nincs feszültség, mert a tényleges I réteg kis mennyiségű P-típusú szennyeződést tartalmaz, az IN interfészen az I tartomány lyukai az N tartományba diffundálnak, és az elektronok a Az N régió az I régióba diffundál, majd tértöltési régiót alkot. Mivel az I. zónában a szennyeződések koncentrációja nagyon alacsony az N zónához képest, a kimerülési zóna nagy része majdnem az I. zónában található. A PI határfelületen a koncentrációkülönbség miatt (a lyukkoncentráció a P régióban sokkal nagyobb, mint hogy az I régióban) diffúziós mozgás is bekövetkezik, de hatása jóval kisebb, mint az IN határfelületen, és figyelmen kívül hagyható. Ezért nulla előfeszítésnél a PIN-dióda nagy ellenállású állapotot mutat az I tartományban lévő kimerülési tartomány miatt.

③ Fordított lefelé torzítás

A fordított előfeszítés nagyon hasonló a nulla előfeszítéshez, azzal a különbséggel, hogy a beépített elektromos mező erősödik, és ennek hatására az IN átmenet tértöltési tartománya kiszélesedik, főleg az I tartomány felé. Ekkor a PIN-dióda egyenértékű lehet az ellenállás plusz kapacitással, az ellenállás a fennmaradó belső tartomány ellenállása, a kapacitás pedig a kimerülési tartomány gátkapacitása. A 4. ábra a PIN-dióda ekvivalens kapcsolási rajza fordított előfeszítés mellett, és látható, hogy az ellenállás-tartomány 1Ω és 100Ω között van, a kapacitástartomány pedig 0,1pF és 10 PF között van. Ha a fordított előfeszítés túl nagy, így a kimerülési zóna kitölti a teljes I zónát, az I zóna behatolása következik be, és a PIN-cső nem fog megfelelően működni.

Elérhetőség:

Ha bármilyen ötlete van, forduljon hozzánk bizalommal. Függetlenül attól, hogy hol tartózkodnak ügyfeleink és milyen követelményeket támasztanak, követjük azt a célunkat, hogy ügyfeleinknek magas minőséget, alacsony árakat és a legjobb szolgáltatást nyújtsuk.