Jakie są zasady i zastosowania diod PIN? (Część 1 )

Fotodioda PINto urządzenie półprzewodnikowe składające się ze złącza PIN, które przekształca sygnał optyczny w sygnał elektryczny, który zmienia się wraz ze zmianą światła. Ma na celu niedobór ogólnego PD, struktura jest poprawiona, a czułość jest wyższa niż w przypadku fotodiody ogólnego złącza PN i ma charakterystykę przewodzenia jednokierunkowego.

1. Zasada działania i budowa diody PIN

Dioda ogólna składa się z materiału półprzewodnikowego domieszkowanego zanieczyszczeniami typu N i materiału półprzewodnikowego domieszkowanego zanieczyszczeniami typu P bezpośrednio w celu utworzenia złącza PN. Dioda PIN ma dodać cienką warstwę półprzewodnika samoistnego o niskim domieszkowaniu między materiałem półprzewodnikowym typu P a materiałem półprzewodnikowym typu N.

Schemat struktury diody PIN pokazano na rysunku 1, ponieważ wewnętrzny półprzewodnik jest podobny do medium, co jest równoważne zwiększeniu odległości między dwiema elektrodami kondensatora złącza PN, tak że kondensator złącza staje się mały. Po drugie, szerokość warstwy zubożonej w półprzewodniku typu P i półprzewodniku typu N zwiększa się wraz ze wzrostem napięcia wstecznego, a pojemność złącza jest również mała wraz ze wzrostem polaryzacji zaporowej. Ze względu na istnienie warstwy I, a obszar P jest na ogół bardzo cienki, padający foton może zostać zaabsorbowany tylko w warstwie I, a odwrotna polaryzacja koncentruje się głównie w obszarze I, tworząc obszar wysokiego pola elektrycznego, a fotogenerowany nośnik w obszarze I przyspiesza pod działaniem silnego pola elektrycznego, więc stała czasowa przejścia nośnika maleje, poprawiając w ten sposób odpowiedź częstotliwościową fotodiody. Jednocześnie wprowadzenie warstwy I powiększa obszar zubożenia i poszerza efektywny obszar roboczy konwersji fotoelektrycznej, poprawiając w ten sposób czułość.

Istnieją dwie podstawowe struktury diody PIN, a mianowicie struktura płaszczyzny i struktura mesy, jak pokazano na rysunku 2. W przypadku diod złączowych Si-pin133 koncentracja nośników warstwy I jest bardzo niska (rzędu około 10 cm wielkości), rezystywność jest bardzo wysoka (około k-cm rzędu wielkości), a grubość W jest generalnie gruba (między 10 a 200 m); Stężenie domieszkowania półprzewodników typu P i typu N po obu stronach warstwy I jest zwykle bardzo wysokie.

Warstwy I, zarówno struktur płaskich, jak i mesowych, można wytwarzać za pomocą technologii epitaksji, a silnie domieszkowane warstwy p plus można uzyskać za pomocą technologii dyfuzji termicznej lub implantacji jonów. Diody planarne można łatwo wytwarzać konwencjonalnymi procesami planarnymi. Dioda o strukturze mesy również musi zostać wyprodukowana (poprzez wytrawianie lub rowkowanie). Zaletami struktury mesy są:

① Usunięto zginającą się część płaskiego złącza i poprawiono napięcie przebicia powierzchni;

② Zmniejsza się pojemność i indukcyjność krawędzi, co sprzyja poprawie częstotliwości roboczej.

2. Stan pracy diody PIN przy różnym obciążeniu

①Pozytywny dryf w dół

Kiedy dioda PIN zostanie przyłożona z napięciem przewodzenia, wiele moli w regionie P i regionie N zostanie wstrzykniętych do regionu I i ponownie połączonych w regionie I. Kiedy nośnik wtrysku i nośnik złożony są równe, prąd I osiąga równowagę. Warstwa wewnętrzna ma niską rezystancję ze względu na nagromadzenie dużej liczby nośników, więc gdy dioda PIN jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia, ma charakterystykę niskiej rezystancji. Im większy polaryzacja przewodzenia, tym większy prąd jest wprowadzany do warstwy I i tym więcej nośników w warstwie I, przez co jej rezystancja jest mniejsza. Rysunek 3 przedstawia równoważny schemat obwodu przy polaryzacji dodatniej i można zauważyć, że odpowiada on małej rezystancji o wartości rezystancji między 0,1 Ω a 10 Ω.

② Odchylenie zerowe

Gdy na obu końcach diody PIN nie zostanie przyłożone żadne napięcie, ponieważ rzeczywista warstwa I zawiera niewielką ilość zanieczyszczeń typu P, na interfejsie IN dziury w obszarze I dyfundują do obszaru N, a elektrony w obszarze Region N dyfunduje do regionu I, a następnie tworzy region ładunku kosmicznego. Ponieważ stężenie zanieczyszczeń w Strefie I jest bardzo niskie w porównaniu ze Strefą N, większość strefy zubożonej znajduje się prawie w Strefie I. Na interfejsie PI, ze względu na różnicę stężeń (stężenie dziur w obszarze P jest znacznie większe niż że w regionie I) również wystąpi ruch dyfuzyjny, ale jego efekt jest znacznie mniejszy niż na interfejsie IN i można go zignorować. Dlatego przy zerowej polaryzacji dioda PIN wykazuje stan wysokiej rezystancji ze względu na istnienie obszaru wyczerpania w obszarze I.

③ Odwróć odchylenie w dół

Odwrotna polaryzacja jest bardzo podobna do polaryzacji zerowej, z tą różnicą, że wbudowane pole elektryczne jest wzmocnione, a efektem jest poszerzenie obszaru ładunku przestrzennego złącza IN, głównie w kierunku obszaru I. W tym momencie dioda PIN może być równoważna rezystancji plus pojemność, rezystancja jest pozostałą wewnętrzną rezystancją obszaru, a pojemność jest pojemnością barierową obszaru wyczerpania. Rysunek 4 przedstawia równoważny schemat obwodu diody PIN przy polaryzacji zaporowej i widać, że zakres rezystancji wynosi od 1 Ω do 10 0 Ω, a zakres pojemności wynosi od 0,1 pF do 10 PF. Gdy odchylenie wsteczne jest zbyt duże, tak że strefa zubożona wypełnia całą strefę I, nastąpi penetracja strefy I i rurka PIN nie będzie działać normalnie.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.