Kakšna so načela in uporaba diod PIN? (1. del )

PIN fotodiodaje polprevodniška naprava, sestavljena iz spoja PIN, ki pretvarja optični signal v električni signal, ki se spreminja s spreminjanjem svetlobe. Usmerjen je na pomanjkanje splošnega PD, struktura je izboljšana, občutljivost pa višja kot pri splošni fotodiodi PN spoja in ima značilnosti enosmerne prevodnosti.

1. Princip in struktura PIN diode

Splošna dioda je sestavljena iz polprevodniškega materiala, dopiranega z nečistočami tipa N, in polprevodniškega materiala, dopiranega z nečistočami tipa P, ki neposredno tvori PN spoj. Dioda PIN naj doda tanko plast intrinzičnega polprevodnika z nizkim dopingom med polprevodniški material tipa P in polprevodniški material tipa N.

Strukturni diagram diode PIN je prikazan na sliki 1, ker je intrinzični polprevodnik podoben mediju, kar je enakovredno povečanju razdalje med dvema elektrodama kondenzatorja spoja PN, tako da kondenzator spoja postane majhen. Drugič, širina osiromašene plasti v polprevodnikih tipa P in polprevodnikih tipa N se poveča s povečanjem povratne napetosti, kapacitivnost spoja pa je prav tako majhna s povečanjem povratne pristranskosti. Zaradi obstoja plasti I in je območje P na splošno zelo tanko, se vpadni foton lahko absorbira le v sloju I, povratna prednapetost pa je v glavnem koncentrirana v območju I, ki tvori območje z visokim električnim poljem in fotogenerirani nosilec v območju I pospeši pod delovanjem močnega električnega polja, zato se konstanta prehodnega časa nosilca zmanjša, s čimer se izboljša frekvenčni odziv fotodiode. Hkrati uvedba plasti I poveča območje izčrpavanja in razširi učinkovito delovno območje fotoelektrične pretvorbe ter tako izboljša občutljivost.

Obstajata dve osnovni strukturi diode PIN, in sicer struktura ravnine in struktura meze, kot je prikazano na sliki 2. Za spojne diode Si-pin133 je koncentracija nosilcev plasti I zelo nizka (približno 10 cm reda). velikosti), je upornost zelo visoka (približno k-cm reda velikosti), debelina W pa je na splošno debela (med 10 in 200 m); Koncentracija dopinga polprevodnikov tipa P in N na obeh straneh plasti I je običajno zelo visoka.

Plasti I ravninskih in meza struktur je mogoče izdelati s tehnologijo epitaksije, visoko dopirane plasti p plus pa je mogoče pridobiti s tehnologijo toplotne difuzije ali ionske implantacije. Planarne diode je mogoče enostavno izdelati z običajnimi ravninskimi postopki. Izdelati je treba tudi diodo s strukturo mesa (z jedkanjem ali žlebljenjem). Prednosti mesa strukture so:

① Upogibni del ravninskega spoja je odstranjen in površinska prebojna napetost je izboljšana;

② Robna kapacitivnost in induktivnost se zmanjšata, kar prispeva k izboljšanju delovne frekvence.

2. Delovno stanje diode PIN pod različnimi pristranskostmi

①Pozitiven odmik navzdol

Ko je PIN dioda uporabljena z napetostjo naprej, bo veliko molov v P regiji in N regiji vbrizganih v I regijo in rekombiniranih v I regiji. Ko sta injekcijski nosilec in sestavljeni nosilec enaka, tok I doseže ravnovesje. Notranja plast ima nizek upor zaradi kopičenja velikega števila nosilcev, tako da ima dioda PIN, ki je usmerjena naprej, nizko upornost. Večja kot je prednapetost, večji je tok, vbrizgan v plast I, in več je nosilcev v plasti I, zaradi česar je njen upor manjši. Slika 3 je diagram enakovrednega vezja pri pozitivni prednapetosti in je razvidno, da je enakovreden majhnemu uporu z vrednostjo upora med 0.1Ω in 10Ω.

② Ničelno odstopanje

Ko na obeh koncih diode PIN ni napetosti, ker dejanski sloj I vsebuje majhno količino nečistoč tipa P, na vmesniku IN luknje v območju I difundirajo v območje N in elektroni v območju Območje N difundira v območje I in nato tvori območje prostorskega naboja. Ker je koncentracija nečistoč v coni I zelo nizka v primerjavi s tisto v coni N, je večina osiromašenega območja skoraj v coni I. Na vmesniku PI je zaradi koncentracijske razlike (koncentracija lukenj V območju P veliko večja od da v območju I), bo prišlo tudi do difuzijskega gibanja, vendar je njegov učinek veliko manjši od tistega na vmesniku IN in ga je mogoče prezreti. Zato pri ničelni prednapetosti dioda PIN predstavlja stanje visokega upora zaradi obstoja osiromašenega območja v I območju.

③ Obrnite pristranskost navzdol

Obratna prednapetost je zelo podobna ničelni prednapetosti, le da je vgrajeno električno polje okrepljeno, učinek pa je razširitev območja prostorskega naboja spoja IN, predvsem proti I regiji. V tem času je lahko dioda PIN enakovredna uporu in kapacitivnosti, upor je preostali intrinzični upor območja, kapacitivnost pa pregradna kapacitivnost območja izčrpanosti. Slika 4 je diagram enakovrednega vezja diode PIN pri obratni prednapetosti in je razvidno, da je območje upora med 1 Ω in 100 Ω, območje kapacitivnosti pa med 0,1 pF in 10 PF. Ko je povratna prednapetost prevelika, tako da območje izčrpavanja zapolni celotno območje I, bo prišlo do penetracije območja I in cev PIN ne bo delovala normalno.

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.