Was sind die Prinzipien und Anwendungen von PIN-Dioden? (Teil 1 )

Eine PIN-Fotodiodeist ein Halbleiterbauelement, das aus einem PIN-Übergang besteht, der ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, das sich ändert, wenn sich das Licht ändert. Es zielt auf den Mangel an allgemeiner PD ab, die Struktur wird verbessert, die Empfindlichkeit ist höher als die der allgemeinen PN-Übergangs-Fotodiode und sie weist die Eigenschaften einer Einzelrichtungsleitung auf.

1. Prinzip und Aufbau der PIN-Diode

Die allgemeine Diode besteht direkt aus mit Verunreinigungen dotiertem Halbleitermaterial vom N-Typ und mit Verunreinigungen vom P-Typ direkt, um einen PN-Übergang zu bilden. Die PIN-Diode soll eine dünne Schicht aus niedrigdotiertem intrinsischem Halbleiter zwischen dem P-Typ-Halbleitermaterial und dem N-Typ-Halbleitermaterial hinzufügen.

Das Strukturdiagramm der PIN-Diode ist in Abbildung 1 dargestellt. Da der intrinsische Halbleiter dem Medium ähnlich ist, entspricht dies einer Vergrößerung des Abstands zwischen den beiden Elektroden des PN-Übergangskondensators, sodass der Übergangskondensator kleiner wird. Zweitens wird die Breite der Verarmungsschicht in Halbleitern vom P-Typ und Halbleitern vom N-Typ mit zunehmender Sperrspannung größer, und die Sperrschichtkapazität wird mit zunehmender Sperrvorspannung ebenfalls kleiner. Da die Schicht I vorhanden ist und die P-Region im Allgemeinen sehr dünn ist, kann das einfallende Photon nur in der Schicht I absorbiert werden, und die Sperrvorspannung ist hauptsächlich in der Region I konzentriert, wodurch eine Region mit hohem elektrischen Feld und der photogenerierte Träger gebildet wird In der Region wird I unter der Wirkung des starken elektrischen Feldes beschleunigt, sodass die Trägerlaufzeitkonstante abnimmt und dadurch der Frequenzgang der Fotodiode verbessert wird. Gleichzeitig vergrößert die Einführung der Schicht I den Verarmungsbereich und den effektiven Arbeitsbereich der photoelektrischen Umwandlung, wodurch die Empfindlichkeit verbessert wird.

Es gibt zwei Grundstrukturen der PIN-Diode, nämlich die Struktur der Ebene und die Struktur der Mesa, wie in Abbildung 2 dargestellt. Bei Si-Pin133-Übergangsdioden ist die Ladungsträgerkonzentration der Schicht I sehr niedrig (ca. 10 cm). (Größenordnung), der spezifische Widerstand ist sehr hoch (ca. k-cm-Größenordnung) und die Dicke W ist im Allgemeinen dick (zwischen 10 und 200 m); Die Dotierungskonzentration der P-Typ- und N-Typ-Halbleiter auf beiden Seiten der I-Schicht ist normalerweise sehr hoch.

Die I-Schichten sowohl planarer als auch Mesa-Strukturen können durch Epitaxietechnologie hergestellt werden, und die hochdotierten p-Plus-Schichten können durch thermische Diffusion oder Ionenimplantationstechnologie erhalten werden. Planardioden können leicht mit herkömmlichen Planarprozessen hergestellt werden. Die Mesa-Strukturdiode muss ebenfalls hergestellt werden (durch Ätzen oder Rillen). Die Vorteile der Mesa-Struktur sind:

① Der Biegeteil der ebenen Verbindung wird entfernt und die Oberflächendurchbruchspannung wird verbessert;

②Die Kantenkapazität und -induktivität werden reduziert, was zur Verbesserung der Betriebsfrequenz beiträgt.

2. Betriebszustand der PIN-Diode bei unterschiedlicher Vorspannung

①Positive Abwärtsdrift

Wenn an die PIN-Diode eine Durchlassspannung angelegt wird, werden viele Mole im P-Bereich und N-Bereich in den I-Bereich injiziert und im I-Bereich rekombiniert. Wenn der Injektionsträger und der Verbindungsträger gleich sind, erreicht der Strom I das Gleichgewicht. Die intrinsische Schicht weist aufgrund der Ansammlung einer großen Anzahl von Ladungsträgern einen niedrigen Widerstand auf. Wenn die PIN-Diode also in Durchlassrichtung vorgespannt ist, weist sie eine niedrige Widerstandscharakteristik auf. Je größer die Durchlassvorspannung ist, desto größer ist der in die I-Schicht injizierte Strom und desto mehr Ladungsträger befinden sich in der I-Schicht, wodurch ihr Widerstand kleiner wird. Abbildung 3 ist das Ersatzschaltbild bei positiver Vorspannung und es ist ersichtlich, dass es einem kleinen Widerstand mit einem Widerstandswert zwischen 0,1 Ω und 10 Ω entspricht.

② Nullabweichung

Wenn an beiden Enden der PIN-Diode keine Spannung angelegt wird, diffundieren die Löcher im I-Bereich an der IN-Grenzfläche in den N-Bereich und die Elektronen im Die N-Region diffundiert zur I-Region und bildet dann eine Raumladungszone. Da die Verunreinigungskonzentration in Zone I im Vergleich zu Zone N sehr niedrig ist, liegt der größte Teil der Verarmungszone fast in Zone I. An der PI-Grenzfläche ist die Lochkonzentration im P-Bereich aufgrund des Konzentrationsunterschieds viel größer als (das in der I-Region) kommt es ebenfalls zu einer Diffusionsbewegung, deren Auswirkung jedoch viel geringer ist als die an der IN-Grenzfläche und kann ignoriert werden. Daher weist die PIN-Diode bei einer Vorspannung von Null aufgrund der Existenz einer Verarmungszone im I-Bereich einen Zustand mit hohem Widerstand auf.

③ Umgekehrte Abwärtsneigung

Die Sperrvorspannung ist der Nullvorspannung sehr ähnlich, außer dass das eingebaute elektrische Feld verstärkt wird und der Effekt darin besteht, dass der Raumladungsbereich des IN-Übergangs, hauptsächlich in Richtung des I-Bereichs, verbreitert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die PIN-Diode dem Widerstand plus der Kapazität entsprechen, der Widerstand ist der verbleibende Widerstand des Eigenbereichs und die Kapazität ist die Barrierekapazität des Verarmungsbereichs. Abbildung 4 ist das Ersatzschaltbild der PIN-Diode unter Sperrvorspannung. Es ist ersichtlich, dass der Widerstandsbereich zwischen 1 Ω und 100 Ω und der Kapazitätsbereich zwischen 0,1 pF und 10 PF liegt. Wenn die Sperrvorspannung zu groß ist, so dass die Verarmungszone die gesamte I-Zone ausfüllt, kommt es zu einer Durchdringung der I-Zone und die PIN-Röhre funktioniert nicht normal.

Kontaktinformationen:

Wenn Sie Ideen haben, sprechen Sie uns gerne an. Egal wo unsere Kunden sind und welche Anforderungen wir haben, wir verfolgen unser Ziel, unseren Kunden hohe Qualität, niedrige Preise und den besten Service zu bieten.