Ποιες είναι οι αρχές και οι εφαρμογές των διόδων PIN; (Μέρος 1 )

Μια φωτοδίοδος PINείναι μια συσκευή ημιαγωγών που αποτελείται από μια σύνδεση PIN που μετατρέπει ένα οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα που αλλάζει καθώς αλλάζει το φως. Στοχεύει στην ανεπάρκεια της γενικής PD, η δομή είναι βελτιωμένη και η ευαισθησία είναι υψηλότερη από αυτή της γενικής φωτοδιόδου σύνδεσης PN και έχει τα χαρακτηριστικά αγωγιμότητας μονής κατεύθυνσης.

1. Αρχή και δομή της διόδου PIN

Η γενική δίοδος αποτελείται από υλικό ημιαγωγού με πρόσμιξη τύπου Ν και από υλικό ημιαγωγού με πρόσμιξη τύπου Ρ απευθείας για να σχηματιστεί μια διασταύρωση PN. Η δίοδος PIN πρόκειται να προσθέσει ένα λεπτό στρώμα ενδογενούς ημιαγωγού χαμηλής ντόπινγκ μεταξύ του υλικού ημιαγωγού τύπου P και του υλικού ημιαγωγού τύπου Ν.

Το διάγραμμα δομής της διόδου PIN φαίνεται στο Σχήμα 1, επειδή ο εγγενής ημιαγωγός είναι παρόμοιος με το μέσο, ​​αυτό ισοδυναμεί με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων του πυκνωτή σύνδεσης PN, έτσι ώστε ο πυκνωτής σύνδεσης να γίνει μικρός. Δεύτερον, το πλάτος του στρώματος εξάντλησης σε ημιαγωγούς τύπου P και ημιαγωγούς τύπου Ν διευρύνεται με την αύξηση της αντίστροφης τάσης και η χωρητικότητα της διασταύρωσης είναι επίσης μικρή με την αύξηση της αντίστροφης πόλωσης. Λόγω της ύπαρξης του στρώματος I, και η περιοχή P είναι γενικά πολύ λεπτή, το προσπίπτον φωτόνιο μπορεί να απορροφηθεί μόνο στο στρώμα I και η αντίστροφη πόλωση συγκεντρώνεται κυρίως στην περιοχή I, σχηματίζοντας μια περιοχή υψηλού ηλεκτρικού πεδίου και τον φωτογενή φορέα στην περιοχή I επιταχύνεται υπό τη δράση του ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, έτσι η σταθερά χρόνου διέλευσης του φορέα μειώνεται, βελτιώνοντας έτσι την απόκριση συχνότητας της φωτοδιόδου. Ταυτόχρονα, η εισαγωγή του στρώματος Ι διευρύνει την περιοχή εξάντλησης και διευρύνει την αποτελεσματική περιοχή εργασίας της φωτοηλεκτρικής μετατροπής, βελτιώνοντας έτσι την ευαισθησία.

Υπάρχουν δύο βασικές δομές της διόδου PIN, συγκεκριμένα, η δομή του επιπέδου και η δομή του μέσου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Για τις διόδους σύνδεσης Si-pin133, η συγκέντρωση φορέα του στρώματος I είναι πολύ χαμηλή (περίπου 10 cm τάξης μεγέθους), η ειδική αντίσταση είναι πολύ υψηλή (περίπου k-cm τάξη μεγέθους) και το πάχος W είναι γενικά παχύ (μεταξύ 10 και 200 ​​m). Η συγκέντρωση ντόπινγκ των ημιαγωγών τύπου P και τύπου N και στις δύο πλευρές του στρώματος I είναι συνήθως πολύ υψηλή.

Τα στρώματα I τόσο των επίπεδων όσο και των μεσα δομών μπορούν να κατασκευαστούν με τεχνολογία επιταξίας και τα στρώματα p plus υψηλής πρόσμιξης μπορούν να ληφθούν με τεχνολογία θερμικής διάχυσης ή εμφύτευσης ιόντων. Οι επίπεδες δίοδοι μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα με συμβατικές επίπεδες διαδικασίες. Η δίοδος της δομής mesa πρέπει επίσης να κατασκευαστεί (με χάραξη ή αυλάκωση). Τα πλεονεκτήματα της δομής mesa είναι:

① Το τμήμα κάμψης της επίπεδης διασταύρωσης αφαιρείται και η επιφανειακή τάση διάσπασης βελτιώνεται.

②Η χωρητικότητα και η επαγωγή των άκρων μειώνονται, γεγονός που συμβάλλει στη βελτίωση της συχνότητας λειτουργίας.

2. Κατάσταση λειτουργίας διόδου PIN υπό διαφορετική προκατάληψη

① Θετική ολίσθηση προς τα κάτω

Όταν η δίοδος PIN εφαρμόζεται με μπροστινή τάση, πολλά moles στην περιοχή P και την περιοχή N θα εγχυθούν στην περιοχή I και θα ανασυνδυαστούν στην περιοχή I. Όταν ο φορέας έγχυσης και ο σύνθετος φορέας είναι ίσοι, το ρεύμα I φθάνει σε ισορροπία. Το εγγενές στρώμα έχει χαμηλή αντίσταση λόγω της συσσώρευσης μεγάλου αριθμού φορέων, επομένως όταν η δίοδος PIN είναι πολωμένη προς τα εμπρός, έχει ένα χαρακτηριστικό χαμηλής αντίστασης. Όσο μεγαλύτερη είναι η πόλωση προς τα εμπρός, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα που εγχέεται στο στρώμα I και τόσο περισσότεροι φορείς στο στρώμα I, καθιστώντας την αντίστασή του μικρότερη. Το Σχήμα 3 είναι το ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος υπό θετική πόλωση και μπορεί να φανεί ότι είναι ισοδύναμο με μια μικρή αντίσταση με τιμή αντίστασης μεταξύ 0.1Ω και 10Ω.

② Μηδενική απόκλιση

Όταν δεν εφαρμόζεται τάση και στα δύο άκρα της διόδου PIN, επειδή το πραγματικό στρώμα I περιέχει μια μικρή ποσότητα ακαθαρσιών τύπου P, στη διεπαφή IN, οι οπές στην περιοχή I διαχέονται στην περιοχή Ν και τα ηλεκτρόνια στην Η περιοχή N διαχέεται στην περιοχή I και στη συνέχεια σχηματίζει μια περιοχή φορτίου χώρου. Επειδή η συγκέντρωση ακαθαρσιών στη Ζώνη Ι είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με αυτή στη Ζώνη Ν, το μεγαλύτερο μέρος της ζώνης εξάντλησης βρίσκεται σχεδόν στη Ζώνη Ι. Στη διεπιφάνεια PI, λόγω της διαφοράς συγκέντρωσης (η συγκέντρωση της οπής στην περιοχή P είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι στην περιοχή I), θα συμβεί επίσης κίνηση διάχυσης, αλλά η επίδρασή της είναι πολύ μικρότερη από αυτή στη διεπαφή IN και μπορεί να αγνοηθεί. Επομένως, σε μηδενική πόλωση, η δίοδος PIN παρουσιάζει μια κατάσταση υψηλής αντίστασης λόγω της ύπαρξης μιας περιοχής εξάντλησης στην περιοχή I.

③ Αντίστροφη πόλωση προς τα κάτω

Η αντίστροφη πόλωση είναι πολύ παρόμοια με τη μηδενική πόλωση, με τη διαφορά ότι το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο ενισχύεται και το αποτέλεσμα είναι να διευρύνει την περιοχή φορτίου χώρου της διασταύρωσης IN, κυρίως προς την περιοχή I. Αυτή τη στιγμή, η δίοδος PIN μπορεί να είναι ισοδύναμη με την αντίσταση συν χωρητικότητα, η αντίσταση είναι η αντίσταση της υπολειπόμενης εγγενούς περιοχής και η χωρητικότητα είναι η χωρητικότητα φραγμού της περιοχής εξάντλησης. Το σχήμα 4 είναι το ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος της διόδου PIN υπό αντίστροφη πόλωση και μπορεί να φανεί ότι το εύρος αντίστασης είναι μεταξύ 1Ω και 100Ω και το εύρος χωρητικότητας μεταξύ 0,1 pF και 10 PF. Όταν η αντίστροφη πόλωση είναι πολύ μεγάλη, έτσι ώστε η ζώνη εξάντλησης να γεμίζει ολόκληρη τη ζώνη I, θα συμβεί διείσδυση στη ζώνη I και ο σωλήνας PIN δεν θα λειτουργεί κανονικά.

Στοιχεία επικοινωνίας:

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ιδέες, μη διστάσετε να μιλήσετε μαζί μας. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται οι πελάτες μας και ποιες είναι οι απαιτήσεις μας, θα ακολουθήσουμε τον στόχο μας να παρέχουμε στους πελάτες μας υψηλή ποιότητα, χαμηλές τιμές και την καλύτερη εξυπηρέτηση.