หลักการและการประยุกต์ใช้ไดโอด PIN คืออะไร? (ส่วนที่ 1 )

โฟโต้ไดโอด PINเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบด้วยชุมทาง PIN ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของแสง มุ่งเป้าไปที่ความบกพร่องของ PD ทั่วไป โครงสร้างได้รับการปรับปรุง และความไวสูงกว่าโฟโตไดโอดจุดแยก PN ทั่วไป และมีลักษณะการนำทิศทางเดียว

1. หลักการและโครงสร้างของไดโอด PIN

ไดโอดทั่วไปประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เจือสิ่งเจือปนชนิด N และวัสดุสารกึ่งตัวนำเจือเจือสิ่งเจือปนชนิด P โดยตรงเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ PN ไดโอด PIN คือการเพิ่มชั้นบาง ๆ ของสารกึ่งตัวนำที่มีปริมาณสารกระตุ้นต่ำระหว่างวัสดุสารกึ่งตัวนำชนิด P และวัสดุสารกึ่งตัวนำชนิด N

แผนภาพโครงสร้างของไดโอด PIN แสดงในรูปที่ 1 เนื่องจากสารกึ่งตัวนำภายในนั้นคล้ายกับสื่อกลาง ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองของตัวเก็บประจุของจุดแยก PN เพื่อให้ตัวเก็บประจุของจุดแยกมีขนาดเล็กลง ประการที่สอง ความกว้างของชั้นพร่องในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และสารกึ่งตัวนำชนิด N นั้นกว้างขึ้นเมื่อแรงดันย้อนกลับเพิ่มขึ้น และความจุของจุดเชื่อมต่อก็น้อยเช่นกันเมื่อค่าไบอัสย้อนกลับเพิ่มขึ้น เนื่องจากการมีอยู่ของชั้น I และโดยทั่วไปบริเวณ P นั้นบางมาก โฟตอนที่ตกกระทบสามารถถูกดูดซับได้ในชั้น I เท่านั้น และอคติย้อนกลับส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่บริเวณ I ซึ่งก่อตัวเป็นบริเวณสนามไฟฟ้าสูง และพาหะที่สร้างด้วยแสง ในภูมิภาคที่ฉันเร่งความเร็วภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรง ดังนั้นค่าคงที่ของเวลาการขนส่งของพาหะจึงลดลง ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงการตอบสนองความถี่ของโฟโตไดโอด ในเวลาเดียวกัน การแนะนำเลเยอร์ I จะขยายขอบเขตการพร่องและขยายพื้นที่การทำงานที่มีประสิทธิภาพของการแปลงโฟโตอิเล็กทริก ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงความไว

โครงสร้างพื้นฐานของไดโอด PIN มี 2 โครงสร้าง ได้แก่ โครงสร้างของระนาบและโครงสร้างของเมซ่า ดังแสดงในรูปที่ 2 สำหรับไดโอดชุมทาง Si-pin133 ความเข้มข้นของพาหะของชั้น I ต่ำมาก (ประมาณ 10 ซม. ตามลำดับ ของขนาด) ความต้านทานสูงมาก (ประมาณ k-cm order of magnitude) และความหนา W โดยทั่วไปจะหนา (ระหว่าง 10 ถึง 200m) ความเข้มข้นของสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N ที่ด้านใดด้านหนึ่งของชั้น I มักจะสูงมาก

ชั้น I ของทั้งโครงสร้างระนาบและเมซ่าสามารถประดิษฐ์ขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยี epitaxy และชั้น p plus ที่มีสารเจือสูงสามารถหาได้จากเทคโนโลยีการแพร่กระจายความร้อนหรือการฝังไอออน ไดโอดระนาบสามารถประดิษฐ์ได้ง่ายด้วยกระบวนการระนาบทั่วไป ไดโอดโครงสร้าง mesa ยังจำเป็นต้องประดิษฐ์ (โดยการกัดหรือการเซาะร่อง) ข้อดีของโครงสร้างเมซ่าคือ:

① ถอดส่วนที่โค้งงอของจุดต่อระนาบออก และปรับปรุงแรงดันพังทลายของพื้นผิว

②ความจุขอบและความเหนี่ยวนำลดลง ซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงความถี่ในการทำงาน

2. สถานะการทำงานของไดโอด PIN ภายใต้อคติที่แตกต่างกัน

① ดริฟต์ขาลงในเชิงบวก

เมื่อใช้ไดโอด PIN กับแรงดันไปข้างหน้า โมลจำนวนมากในบริเวณ P และบริเวณ N จะถูกฉีดเข้าไปในบริเวณ I และรวมกันใหม่ในบริเวณ I เมื่อตัวพาฉีดและตัวพาผสมมีค่าเท่ากัน กระแส I จะเข้าสู่ภาวะสมดุล ชั้นภายในมีความต้านทานต่ำเนื่องจากการสะสมของพาหะจำนวนมาก ดังนั้นเมื่อไดโอด PIN เอนเอียงไปข้างหน้า จึงมีลักษณะความต้านทานต่ำ ยิ่งค่าไบอัสไปข้างหน้ามากเท่าใด กระแสที่ฉีดเข้าไปในชั้น I ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งพาหะมากขึ้นในชั้น I ทำให้ความต้านทานมีขนาดเล็กลง รูปที่ 3 เป็นแผนภาพวงจรสมมูลภายใต้ไบอัสบวก และจะเห็นได้ว่าเทียบเท่ากับความต้านทานเล็กน้อยที่มีค่าความต้านทานระหว่าง 0.1Ω และ 10Ω

② ค่าเบี่ยงเบนเป็นศูนย์

เมื่อไม่มีการใช้แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของไดโอด PIN เนื่องจากชั้น I จริงมีสิ่งเจือปนประเภท P จำนวนเล็กน้อย ที่ส่วนต่อประสาน IN รูในบริเวณ I จะกระจายไปยังบริเวณ N และอิเล็กตรอนใน พื้นที่ N กระจายไปยังพื้นที่ I แล้วสร้างพื้นที่ประจุไฟฟ้า เนื่องจากความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในโซน I ต่ำมากเมื่อเทียบกับในโซน N โซนพร่องส่วนใหญ่จึงอยู่ในโซน I เกือบทั้งหมด ที่ส่วนต่อประสาน PI เนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้น (ความเข้มข้นของรูในบริเวณ P นั้นใหญ่กว่ามาก ในพื้นที่ I) การเคลื่อนที่แบบกระจายจะเกิดขึ้นเช่นกัน แต่ผลกระทบของมันน้อยกว่าที่ส่วนต่อประสาน IN มากและสามารถละเว้นได้ ดังนั้นที่ค่าไบอัสเป็นศูนย์ ไดโอด PIN จะแสดงสถานะความต้านทานสูงเนื่องจากมีบริเวณพร่องในบริเวณ I

③ ย้อนกลับอคติลง

ไบอัสย้อนกลับนั้นคล้ายกับศูนย์ไบอัสมาก ยกเว้นว่าสนามไฟฟ้าในตัวมีความเข้มแข็งขึ้น และผลที่ได้คือขยายขอบเขตประจุไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อ IN โดยส่วนใหญ่ไปทางบริเวณ I ในขณะนี้ ไดโอด PIN สามารถเทียบเท่ากับความต้านทานบวกความจุ ความต้านทานคือความต้านทานของภูมิภาคที่แท้จริงที่เหลืออยู่ และความจุคือความจุกั้นของพื้นที่พร่อง รูปที่ 4 เป็นแผนภาพวงจรสมมูลของไดโอด PIN ภายใต้ไบอัสย้อนกลับ และจะเห็นได้ว่าช่วงความต้านทานอยู่ระหว่าง 1Ω และ 100Ω และช่วงความจุอยู่ระหว่าง 0.1pF ถึง 10 PF เมื่อไบแอสย้อนกลับมีขนาดใหญ่เกินไปจนพื้นที่พร่องเต็มโซน I ทั้งหมด การแทรกซึมของโซน I จะเกิดขึ้น และท่อ PIN จะไม่ทำงานตามปกติ

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด