Mitkä ovat PIN-diodien periaatteet ja sovellukset? (Osa 1 )

PIN-valodiodion puolijohdelaite, joka koostuu PIN-liitoksesta, joka muuntaa optisen signaalin sähköiseksi signaaliksi, joka muuttuu valon muuttuessa. Se on suunnattu yleisen PD:n puutteeseen, rakennetta on parannettu ja herkkyys on korkeampi kuin yleisellä PN-liitosvalodiodilla, ja sillä on yksisuuntaisen johtumisen ominaisuudet.

1. PIN-diodin periaate ja rakenne

Yleisdiodi koostuu N-tyypin epäpuhtauksilla seostetusta puolijohdemateriaalista ja P-tyypin epäpuhtaudella seostetusta puolijohdemateriaalista suoraan muodostamaan PN-liitoksen. PIN-diodin tarkoituksena on lisätä ohut kerros vähän seostettua sisäistä puolijohdetta P-tyypin puolijohdemateriaalin ja N-tyypin puolijohdemateriaalin väliin.

PIN-diodin rakennekaavio on esitetty kuvassa 1, koska sisäinen puolijohde on samanlainen kuin väliaine, mikä vastaa PN-liitoskondensaattorin kahden elektrodin välisen etäisyyden lisäämistä niin, että liitoskondensaattorista tulee pieni. Toiseksi, tyhjennyskerroksen leveys P-tyypin puolijohteessa ja N-tyypin puolijohteessa levenee käänteisen jännitteen kasvaessa, ja myös liitoskapasitanssi on pieni käänteisen esijännityksen kasvaessa. Koska kerros I on olemassa ja P-alue on yleensä hyvin ohut, tuleva fotoni voi absorboitua vain kerrokseen I, ja käänteinen bias keskittyy pääasiassa alueelle I, muodostaen korkean sähkökentän alueen ja valonmuodostetun kantoaineen. alueella I kiihtyy vahvan sähkökentän vaikutuksesta, joten kantoaallon kulkuaikavakio pienenee, mikä parantaa valodiodin taajuusvastetta. Samalla kerroksen I lisääminen laajentaa tyhjennysaluetta ja laajentaa valosähköisen muuntamisen tehollista työaluetta, mikä parantaa herkkyyttä.

PIN-diodilla on kaksi perusrakennetta, nimittäin tason rakenne ja mesan rakenne, kuten kuvassa 2 on esitetty. Si-pin133-liitosdiodeissa kerroksen I kantoaaltopitoisuus on hyvin alhainen (noin 10 cm:n luokkaa). suuruusluokkaa), ominaisvastus on erittäin korkea (noin k-cm suuruusluokkaa) ja paksuus W on yleensä paksu (välillä 10-200 m); P-tyypin ja N-tyypin puolijohteiden seostuspitoisuus I-kerroksen kummallakin puolella on yleensä erittäin korkea.

Sekä taso- että mesa-rakenteiden I-kerrokset voidaan valmistaa epitaksitekniikalla ja voimakkaasti seostetut p plus -kerrokset voidaan saada lämpödiffuusio- tai ioni-implantaatiotekniikalla. Tasodiodit voidaan valmistaa helposti tavanomaisilla tasomaisilla prosesseilla. Mesa-rakennediodi on myös valmistettava (syövyttämällä tai urittamalla). Mesa-rakenteen edut ovat:

① Tasoristeyksen taivutusosa poistetaan ja pintamurtumisjännite paranee;

②Reunakapasitanssi ja induktanssi pienenevät, mikä parantaa toimintataajuutta.

2. PIN-diodin toimintatila eri biasissa

①Positiivinen ajelehtiminen alaspäin

Kun PIN-diodiin syötetään myötäjännite, monet moolit P-alueella ja N-alueella ruiskutetaan I-alueelle ja yhdistetään uudelleen I-alueelle. Kun injektiokantaja ja yhdistekantaja ovat yhtä suuret, virta I saavuttaa tasapainon. Sisäisellä kerroksella on alhainen vastus johtuen suuren kantoaaltomäärän kerääntymisestä, joten kun PIN-diodi on eteenpäin esijännitetty, sillä on alhainen resistanssiominaisuus. Mitä suurempi eteenpäin suuntautuva bias on, sitä suurempi on I-kerrokseen ruiskutettu virta ja sitä enemmän kantoaaltoja I-kerroksessa, mikä pienentää sen vastusta. Kuva 3 on positiivisen esijännityksen ekvivalenttipiirikaavio, ja voidaan nähdä, että se vastaa pientä vastusta, jonka resistanssiarvo on välillä 0.1Ω ja 10Ω.

② Nollapoikkeama

Kun PIN-diodin molempiin päihin ei syötetä jännitettä, koska varsinainen I-kerros sisältää pienen määrän P-tyypin epäpuhtauksia, IN-rajapinnassa I-alueen reiät diffundoituvat N-alueelle ja elektronit N-alue diffundoituu I-alueelle ja muodostaa sitten avaruusvarausalueen. Koska vyöhykkeen I epäpuhtauspitoisuus on hyvin alhainen vyöhykkeen N vastaavaan verrattuna, suurin osa tyhjennysvyöhykkeestä on melkein vyöhykkeellä I. PI-rajapinnassa pitoisuuserosta johtuen (reikäpitoisuus P-alueella on paljon suurempi kuin että I-alueella), diffuusioliikettä esiintyy myös, mutta sen vaikutus on paljon pienempi kuin IN-rajapinnassa ja se voidaan jättää huomiotta. Siksi nollabiasissa PIN-diodilla on korkea resistanssitila, koska I-alueella on tyhjennysalue.

③ Käänteinen säätö alaspäin

Käänteinen bias on hyvin samankaltainen kuin nollabias, paitsi että sisäänrakennettu sähkökenttä vahvistuu, ja vaikutus on leventää IN-liitoksen tilavarausaluetta, pääasiassa kohti I-aluetta. Tällä hetkellä PIN-diodi voi olla yhtä suuri kuin vastus plus kapasitanssi, resistanssi on jäljellä oleva sisäinen alueen vastus ja kapasitanssi on tyhjenemisalueen sulkukapasitanssi. Kuva 4 on PIN-diodin vastaava piirikaavio käänteisessä biasissa, ja siitä voidaan nähdä, että resistanssialue on välillä 1Ω - 100Ω ja kapasitanssialue on välillä 0,1pF - 10 PF. Kun käänteinen bias on liian suuri, niin että tyhjennysvyöhyke täyttää koko I-vyöhykkeen, tapahtuu I-alueen tunkeutuminen ja PIN-putki ei toimi normaalisti.

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.