PIN光電
二極管與傳統(tǒng)的PN結(jié)二極管相比在結(jié)構(gòu)上有所不同。所謂的PIN二極管指的是在原有的PN結(jié)型二極管的N型半導體與P型半導體間再增加一層本征半導體(I層),這使得PN結(jié)型二極管結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,這就導致了其性能也與PN結(jié)型的二極管有所不同。PIN光電二極管的性能優(yōu)異,它的靈敏度很高,體積小,可靠性高。廣泛的應用在工業(yè),軍事,科研等領域。具有較為寬廣的市場前景。

圖 PIN光電二極管
PIN光電二極管的基本原理
在制造PIN半導體的時候,I層本征半導體層達不到絕對的純凈。當中或多或少都摻雜了一些P型雜質(zhì)(空穴較多),或N型雜質(zhì)(電子較多)。下面以I層中摻雜了P型雜質(zhì)為例進行說明。PIN半導體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖 PIN光電半導體結(jié)構(gòu)
在零偏置電壓的狀態(tài)下,I區(qū)與N區(qū)的界面,由于I層摻雜有少量的P型雜質(zhì),所以這時I區(qū)與N區(qū)間就相當于形成了一個PN結(jié)。N區(qū)的電子向I區(qū)擴散,I區(qū)的空穴向N區(qū)擴散,I區(qū)與P區(qū)上就形成了一個空間電荷區(qū)。N區(qū)的電子濃度很高,所以N區(qū)一邊的空間電荷區(qū)很薄。I區(qū)的摻雜濃度較低,整個空間電荷區(qū)的大小幾乎與I層的空間電荷區(qū)大小相等。如下圖所示。

圖 I區(qū)與N區(qū)的載流子移動
相較之下,P區(qū)與I區(qū)之間的載流子擴散很小,幾乎可以忽略。所以在零偏置電壓的狀態(tài)下,I區(qū)與N區(qū)間的空間電荷區(qū)的載流子幾乎被耗盡,成高阻抗狀態(tài)。I區(qū)與P區(qū)載流子移動很少。整體呈高阻狀態(tài)。
在電壓正偏的狀態(tài)下,P區(qū)的空穴在正向電壓的作用下被注入I層,N區(qū)的電子也被注入I層。電子與空穴在I層中復合。在外加電場的作用下,I區(qū)與N區(qū)間的空間電荷區(qū)變小。當I區(qū)中的載流子復合數(shù)目與注入的載流子數(shù)目相等時,電流穩(wěn)定。I區(qū)在正向偏壓的作用下,源源不斷的得到載流子。I區(qū)中的載流子不斷增多,I區(qū)成低阻狀態(tài)。所以PIN二極管的整體呈低阻狀態(tài)。原理如下圖所示。

圖 正向偏壓
在施加反向電壓時,I區(qū)與N區(qū)在反向電壓與內(nèi)電場的共同作用下,使得空間電荷區(qū)增加。當不斷增加反向電壓時,空間電荷區(qū)不斷的向I區(qū)擴展。最后使得I區(qū)完全成為空間電荷區(qū)。當電壓達到一定時,PIN二極管被擊穿。因為此時的I區(qū)已經(jīng)變味空間電荷區(qū),所以反向擊穿的狀態(tài)可以參考PN結(jié)二極管的擊穿狀態(tài)。原理如下圖所示。

圖 反向偏壓
PIN光電二極管與普通二極管的異同
在低頻應用領域,PIN光電二極管與一般的PN結(jié)型二極管沒有什么不同,它們都具有整流的作用。但在高頻甚至在微波領域的應用中,由于PIN 二極I層的總電荷主要由偏置電流產(chǎn)生。而不是由微波電流瞬時值產(chǎn)生,所以PIN二極管對微波信號只呈現(xiàn)一個線性
電阻。此阻值由直流偏置決定,正偏時阻值小,接近于短路,反偏時阻值巨大,接近于開路。因此PIN 二極管對微波信號不產(chǎn)生整流作用。