Apa Prinsip Dan Aplikasi Dioda PIN? (Bagian 1 )

Fotodioda PINadalah perangkat semikonduktor yang terdiri dari sambungan PIN yang mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik yang berubah seiring perubahan cahaya. Ini ditujukan untuk kekurangan PD umum, strukturnya diperbaiki, dan sensitivitasnya lebih tinggi daripada fotodioda persimpangan PN umum, dan memiliki karakteristik konduksi satu arah.

1. Prinsip dan struktur dioda PIN

Dioda umum terdiri dari bahan semikonduktor pengotor tipe-N dan bahan semikonduktor pengotor tipe-P secara langsung untuk membentuk persimpangan PN. Dioda PIN adalah untuk menambahkan lapisan tipis semikonduktor Intrinsik doping rendah antara bahan semikonduktor tipe-P dan bahan semikonduktor tipe-N.

Diagram struktur dioda PIN ditunjukkan pada Gambar 1 karena semikonduktor intrinsiknya mirip dengan mediumnya, hal ini setara dengan bertambahnya jarak antara dua elektroda kapasitor PN junction, sehingga kapasitor junction menjadi kecil. Kedua, lebar lapisan penipisan pada semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N melebar dengan peningkatan tegangan balik, dan kapasitansi persimpangan juga kecil dengan peningkatan bias balik. Karena adanya lapisan I, dan daerah P umumnya sangat tipis, foton yang datang hanya dapat diserap pada lapisan I, dan bias balik terutama terkonsentrasi di daerah I, membentuk daerah medan listrik yang tinggi, dan pembawa fotogenerasi di wilayah I berakselerasi di bawah aksi medan listrik yang kuat, sehingga konstanta waktu transit pembawa berkurang, sehingga meningkatkan respons frekuensi fotodioda. Pada saat yang sama, pengenalan lapisan I memperbesar daerah penipisan dan memperluas wilayah kerja efektif dari konversi fotolistrik, sehingga meningkatkan kepekaan.

Ada dua struktur dasar dioda PIN, yaitu struktur bidang dan struktur mesa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Untuk dioda sambungan Si-pin133, konsentrasi pembawa lapisan I sangat rendah (sekitar 10cm orde besarnya), resistivitasnya sangat tinggi (sekitar urutan besarnya k-cm), dan ketebalan W umumnya tebal (antara 10 dan 200m); Konsentrasi doping semikonduktor tipe-P dan tipe-N di kedua sisi lapisan I biasanya sangat tinggi.

Lapisan I dari struktur planar dan mesa dapat dibuat dengan teknologi epitaksi, dan lapisan p plus yang didoping tinggi dapat diperoleh dengan teknologi difusi termal atau implantasi ion. Dioda planar dapat dengan mudah dibuat dengan proses planar konvensional. Dioda struktur mesa juga perlu dibuat (dengan etsa atau grooving). Keuntungan dari struktur mesa adalah:

① Bagian lentur dari sambungan bidang dilepas, dan tegangan tembus permukaan ditingkatkan;

② Kapasitansi tepi dan induktansi berkurang, yang kondusif untuk meningkatkan frekuensi operasi.

2. Kondisi kerja dioda PIN di bawah bias yang berbeda

①Pergeseran ke bawah yang positif

Ketika dioda PIN diterapkan dengan tegangan maju, banyak mol di wilayah P dan wilayah N akan disuntikkan ke wilayah I dan digabungkan kembali di wilayah I. Ketika pembawa injeksi dan pembawa majemuk sama, arus I mencapai kesetimbangan. Lapisan intrinsik memiliki resistansi rendah karena akumulasi sejumlah besar pembawa, sehingga ketika dioda PIN dibias maju, ia memiliki karakteristik resistansi rendah. Semakin besar bias maju, semakin besar arus yang diinjeksikan ke lapisan I, dan semakin banyak pembawa di lapisan I, membuat resistansinya semakin kecil. Gambar 3 adalah diagram rangkaian ekivalen di bawah bias positif, dan dapat dilihat bahwa itu setara dengan resistansi kecil dengan nilai resistansi antara 0.1Ω dan 10Ω.

② Penyimpangan nol

Ketika tidak ada voltase yang diterapkan pada kedua ujung dioda PIN, karena lapisan I yang sebenarnya mengandung sejumlah kecil pengotor tipe-P, pada antarmuka IN, lubang di wilayah I berdifusi ke wilayah N, dan elektron di Wilayah N berdifusi ke wilayah I, dan kemudian membentuk wilayah muatan ruang. Karena konsentrasi pengotor di Zona I sangat rendah dibandingkan dengan di Zona N, sebagian besar zona penipisan hampir di Zona I. Pada antarmuka PI, karena perbedaan konsentrasi (konsentrasi lubang DI wilayah P jauh lebih besar daripada bahwa di wilayah I), gerakan difusi juga akan terjadi, tetapi efeknya jauh lebih kecil daripada di antarmuka IN dan dapat diabaikan. Oleh karena itu, pada bias nol, dioda PIN menghadirkan keadaan resistansi tinggi karena adanya daerah penipisan di wilayah I.

③ Membalikkan bias ke bawah

Bias mundur sangat mirip dengan bias nol, kecuali bahwa medan listrik bawaan diperkuat, dan efeknya adalah memperluas wilayah muatan ruang dari persimpangan IN, terutama menuju wilayah I. Pada saat ini, dioda PIN dapat setara dengan resistansi plus kapasitansi, resistansi adalah resistansi wilayah intrinsik yang tersisa, dan kapasitansi adalah kapasitansi penghalang dari wilayah penipisan. Gambar 4 adalah diagram rangkaian ekuivalen dioda PIN di bawah bias balik, dan dapat dilihat bahwa rentang resistansi antara 1Ω dan 100Ω, dan rentang kapasitansi antara 0,1pF dan 10 PF. Ketika bias balik terlalu besar, sehingga zona penipisan mengisi seluruh zona I, penetrasi zona I akan terjadi, dan tabung PIN tidak akan bekerja secara normal.

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Di mana pun pelanggan kami berada dan apa persyaratan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga murah, dan layanan terbaik.