Kādi ir PIN diožu principi un pielietojums? (1. daļa)

PIN fotodiodeir pusvadītāju ierīce, kas sastāv no PIN savienojuma, kas pārvērš optisko signālu elektriskā signālā, kas mainās, mainoties gaismai. Tas ir vērsts uz vispārējās PD deficītu, struktūra ir uzlabota, un jutība ir augstāka nekā vispārējā PN savienojuma fotodiodei, un tai ir vienvirziena vadītspējas īpašības.

1. PIN diodes darbības princips un uzbūve

Vispārējā diode sastāv no N-tipa piemaisījumiem leģēta pusvadītāju materiāla un P-tipa piemaisījumu leģēta pusvadītāju materiāla, kas tieši veido PN savienojumu. PIN diode ir paredzēta, lai starp P tipa pusvadītāju materiālu un N tipa pusvadītāju materiālu pievienotu plānu kārtiņu ar zemu dopinga iekšējo pusvadītāju.

PIN diodes struktūras diagramma ir parādīta 1. attēlā, jo iekšējais pusvadītājs ir līdzīgs videi, tas ir līdzvērtīgs attāluma palielināšanai starp diviem PN savienojuma kondensatora elektrodiem, lai savienojuma kondensators kļūtu mazs. Otrkārt, noplicināšanas slāņa platums P-veida pusvadītājā un N-tipa pusvadītājā tiek paplašināts, palielinoties reversajam spriegumam, un arī krustojuma kapacitāte ir maza, palielinoties apgrieztajai nobīdei. Tā kā pastāv I slānis un P apgabals parasti ir ļoti plāns, krītošais fotons var tikt absorbēts tikai I slānī, un apgrieztā novirze galvenokārt koncentrējas I reģionā, veidojot augsta elektriskā lauka reģionu un fotoģenerēto nesēju. reģionā I paātrinās spēcīga elektriskā lauka ietekmē, tāpēc nesēja tranzīta laika konstante samazinās, tādējādi uzlabojot fotodiodes frekvences reakciju. Tajā pašā laikā I slāņa ieviešana palielina izsīkuma reģionu un paplašina fotoelektriskās pārveides efektīvo darba zonu, tādējādi uzlabojot jutību.

PIN diodei ir divas pamatstruktūras, proti, plaknes struktūra un mesas struktūra, kā parādīts 2. attēlā. Si-pin133 savienojuma diodēm I slāņa nesēja koncentrācija ir ļoti zema (apmēram 10 cm). lieluma), pretestība ir ļoti augsta (apmēram k-cm), un biezums W parasti ir biezs (no 10 līdz 200 m); P tipa un N tipa pusvadītāju dopinga koncentrācija abās I slāņa pusēs parasti ir ļoti augsta.

Gan plakanās, gan mesa struktūras I slāņus var izgatavot ar epitaksijas tehnoloģiju, un ļoti leģētos p plus slāņus var iegūt ar termiskās difūzijas vai jonu implantācijas tehnoloģiju. Plakanās diodes var viegli izgatavot, izmantojot parastos plakanos procesus. Meza struktūras diode arī ir jāizgatavo (ar kodināšanu vai rievošanu). Mesa struktūras priekšrocības ir:

① Tiek noņemta plaknes krustojuma lieces daļa, un tiek uzlabots virsmas pārrāvuma spriegums;

② Tiek samazināta malas kapacitāte un induktivitāte, kas veicina darbības frekvences uzlabošanos.

2. PIN diodes darba stāvoklis ar dažādu nobīdi

①Pozitīva lejupejoša novirze

Kad PIN diode tiek pielietota ar tiešo spriegumu, daudzi moli P un N apgabalā tiks ievadīti I apgabalā un rekombinēti I reģionā. Kad injekcijas nesējs un savienojuma nesējs ir vienādi, strāva I sasniedz līdzsvaru. Iekšējajam slānim ir zema pretestība, jo uzkrājas liels skaits nesēju, tāpēc, ja PIN diode ir novirzīta uz priekšu, tai ir zems pretestības raksturlielums. Jo lielāka ir priekšējā novirze, jo lielāka ir strāva, kas tiek ievadīta I slānī, un jo vairāk nesēju I slānī, samazinot tā pretestību. 3. attēls ir līdzvērtīga shēmas shēma pozitīvas novirzes gadījumā, un var redzēt, ka tā ir līdzvērtīga nelielai pretestībai ar pretestības vērtību no 0.1Ω līdz 10Ω.

② Nulles novirze

Ja abos PIN diodes galos netiek pielietots spriegums, jo faktiskais I slānis satur nelielu daudzumu P veida piemaisījumu, IN saskarnē I apgabala caurumi izkliedējas uz N apgabalu un elektroni N apgabals izkliedējas uz I reģionu un pēc tam veido telpas lādiņa reģionu. Tā kā piemaisījumu koncentrācija I zonā ir ļoti zema, salīdzinot ar N zonā, lielākā daļa noplicināšanas zonas ir gandrīz I zonā. PI saskarnē koncentrācijas starpības dēļ (caurumu koncentrācija P reģionā ir daudz lielāka nekā ka I reģionā), notiks arī difūzijas kustība, taču tās ietekme ir daudz mazāka nekā IN saskarnē, un to var ignorēt. Tāpēc pie nulles nobīdes PIN diode rada augstu pretestības stāvokli, jo I reģionā ir izsīkuma apgabals.

③ Apgrieztā lejupvērsta novirze

Apgrieztā novirze ir ļoti līdzīga nulles nobīdei, izņemot to, ka tiek pastiprināts iebūvētais elektriskais lauks, un tā rezultātā tiek paplašināts IN savienojuma telpas lādiņa apgabals, galvenokārt virzienā uz I reģionu. Šajā laikā PIN diode var būt līdzvērtīga pretestībai plus kapacitātei, pretestība ir atlikušā iekšējā reģiona pretestība, un kapacitāte ir izsīkuma reģiona barjeras kapacitāte. 4. attēlā ir redzama PIN diodes līdzvērtīga shēmas shēma ar apgrieztu nobīdi, un ir redzams, ka pretestības diapazons ir no 1Ω līdz 100Ω, bet kapacitātes diapazons ir no 0,1 pF līdz 10 PF. Ja apgrieztā novirze ir pārāk liela, lai izsīkuma zona aizpildītu visu I zonu, notiks I zonas iespiešanās un PIN caurule nedarbosies normāli.

Kontaktinformācija:

Ja jums ir kādas idejas, droši sazinieties ar mums. Neatkarīgi no tā, kur atrodas mūsu klienti un kādas ir mūsu prasības, mēs ievērosim savu mērķi nodrošināt saviem klientiem augstu kvalitāti, zemas cenas un vislabāko servisu.