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PIN型光電二極管
閱讀�18989時間�2010-12-13 10:18:22

  PIN�光電二極�也稱PIN�(jié)二極�、PIN二極�,在兩種半導(dǎo)體之間的PN�(jié),或者半�(dǎo)體與金屬之間的結(jié)的鄰近區(qū)�,在P區(qū)與N區(qū)之間生成I型層,吸收光輻射而產(chǎn)生光電流的一種光檢測�� 具有�(jié)電容�、渡越時間短、靈敏度高等�(yōu)點�

�(jié)�(gòu)

  pin�(jié)二極管的基本�(jié)�(gòu)有兩種,即平面的�(jié)�(gòu)和臺面的�(jié)�(gòu),如�1所�。對于Si-pin133�(jié)二極管,其中i型層的載流子濃度很低(約�10cm�(shù)量級)電阻率很高、(約為k-cm�(shù)量級�,厚度W一般較厚(�10�200m之間�;i型層兩邊的p型和n型半�(dǎo)體的摻雜濃度通常很高(即為重摻雜��

  平面�(jié)�(gòu)和臺面結(jié)�(gòu)的i型層都可以采用外延技�(shù)來制�,高摻雜的p+層可以采用熱擴散或者離子注入技�(shù)來獲�。平面結(jié)�(gòu)二極管可以方便地采用常規(guī)的平面工藝來制作。而臺面結(jié)�(gòu)二極管還需要進行臺面制作(通過腐蝕或者挖槽來實現(xiàn)�。臺面結(jié)�(gòu)的優(yōu)點是:①去掉了平面結(jié)的彎曲部分,改善了表面擊穿電�;②減小了邊緣電容和電感,有利于提高工作頻率�

PIN型光電二極管

PIN�(jié)的導(dǎo)電特�

  pin �(jié)就是� pin �(jié)的空間電荷區(qū)分別� i 型層兩邊的界面處� 而整個的 i 型層中沒有空 間電荷,但是存在由兩邊的空間電荷所�(chǎn)生出來的電場——內(nèi)建電�,所� pin �(jié)的勢壘區(qū) 就是整個的 i 型層�

 ?、倩靖拍�?/FONT>

  眾所周知,一� p-n �(jié)的導(dǎo)電(較大的正向電流以及很小的反向電流)主要是由于少數(shù) 載流子在勢壘區(qū)以外的兩邊擴散區(qū)中進行擴散所造成�;擴散區(qū)是不存在電場的電中性區(qū)� 在此實際上也就暗示著載流子渡越勢壘區(qū)的速度很快� 即忽略了存在強電場的勢壘區(qū)的阻� 作用;當(dāng)然,這種處理也只有在勢壘區(qū)�?。ㄐ∮谳d流子的平均自由程)時才是允許�。� 對于勢壘區(qū)厚度較大(≈載流子平均自由程)的 p-n �(jié),則就需要考慮載流子在渡越勢壘區(qū) 的過程中所造成的影�,這種影響主要就是將增加一定的�(chǎn)�-�(fù)合電��

  但是,對� pin �(jié),雖然它的空間電荷區(qū)是在 i 型層兩頭的很薄的區(qū)�,然而其勢壘區(qū) (存在內(nèi)建電場的區(qū)域)卻是整個的 i 型層,則其勢壘區(qū)厚度必將遠遠大于載流子的平均� 由程,因此這時載流子渡越勢壘區(qū)過程中的�(chǎn)�-�(fù)合作用就再也不能忽略�。實際上,pin 1 �(jié)的單�?qū)щ娦砸舱怯捎谳d流子渡越 i 型層的特殊過程(�(fù)合與�(chǎn)生的過程)所造成�� 相反,i 型層兩邊的擴散區(qū)卻對� pin �(jié)�(dǎo)電性能的影響較�??傊?,pin �(jié)的導(dǎo)電性能� i 型層中載流子的復(fù)合作用有很大的關(guān)系�

 ?、趐in �(jié)中載流子的輸運——導(dǎo)電機理:

  �(dāng) pin �(jié)處于正偏時,勢壘高度降低,則電子和空穴分別從兩邊大量注入到本征的 i � �,當(dāng)然這必定是“大注入�;這時就不能區(qū)分多�(shù)載流子和少數(shù)載流子了,即可以認為 i 型層中的電子濃度等于空穴濃度(n=p�,并且均勻分�。在 i 型層�,由� 這種注入,即使得 np>ni2,于是注入的這些電子和空穴將� i 型層中發(fā)生復(fù)�,并從而形� 較大的通過 pin �(jié)的電�??梢姡琾in �(jié)的正向電流從性質(zhì)上來�,它是非平衡載流子在 i 型層中的�(fù)合電�,載流子的復(fù)合越快,電流就越��

  �(dāng) pin �(jié)反偏�,勢壘中的電場增強,勢壘高度增大,則 i 型層中的載流子將進一步減 �,即使得 np<ni2,于是在 i 型層中將�(fā)生載流子的產(chǎn)生作用——產(chǎn)生出額外的電子和空穴 (非平衡載流子);然后這些�(chǎn)生出的非平衡載流子被電場掃向兩邊� p 區(qū)� n 區(qū),并從� 形成通過 pin �(jié)的反向電�。可�,pin �(jié)的反向電流從性質(zhì)上來說,它也是在 i 型層中形 成的電流——產(chǎn)生電�;i 型層中產(chǎn)生載流子的作用越�,反向電流就越大�

  總之,pin �(jié)的導(dǎo)電機理不同于一般的 p-n �(jié)。一� p-n �(jié)主要是由于少�(shù)載流子在� 邊擴散區(qū)中進行擴散而導(dǎo)�;pin �(jié)則主要是由于載流子在 i 型層中的�(fù)�-�(chǎn)生作用而導(dǎo)� (兩邊擴散區(qū)中少�(shù)載流子的擴散過程則由于其濃度梯度很小而可以忽略)�

主要參數(shù)

  1. 開關(guān)時間� 由于電荷的存儲效�(yīng),PIN管的通斷和斷通都需要一個過�,這個過程所需時間

  2. 隔離度:開關(guān)在斷開時其衰減也非無窮大,稱為隔離度

  3. 插入損耗:開關(guān)在導(dǎo)通時衰減不為�,稱為插入損�

  4. 承受功率� 在給定的工作條件�,微波開�(guān)能夠承受的輸入功�

  5. 電壓駐波系數(shù)� 僅反映端口輸�,輸出匹配情�

  6. 視頻泄漏

  7. 諧波� PIN二極管也具有非線�,因而會�(chǎn)生諧�,PIN開關(guān)在寬帶應(yīng)用場合,諧波可能落在使用頻帶�(nèi)引起干擾.

  8. 開關(guān)分類:反射式和吸收式� 吸收式開�(guān)的性能較反射式開關(guān)�(yōu)�

  9. 控制方式:采用TTL信號控制�'1'�'0'�

典型�(yīng)�

 ?、偕漕l信號的轉(zhuǎn)換(開關(guān)� �

  因為 pin �(jié)二極管的射頻電阻與直流偏置電� 有關(guān),所以它可以用作為射頻開�(guān)和衰減器。串�(lián)射頻開關(guān)電路:當(dāng)二極管正偏時,即接通(短路� ;當(dāng)二極� 0 偏或者反� �,即可把 pin �(jié)看作為一個電容器或者開��

 ?、谏漕l信號的衰減器和調(diào)制器�

  pin �(jié)二極管的射頻電阻隨直流偏置電流而連續(xù)變化,因此能夠通過改變� 流偏置電流來實現(xiàn)衰減和調(diào)制射頻信�� 實際上, 射頻信號的轉(zhuǎn)換也就是衰減和調(diào)制的一� 特殊情況。調(diào)制頻率要受到反向恢復(fù)時間的限�;為了提� pin �(jié)二極管的�(diào)制頻�,就�(yīng) � 該減� i 型層中的載流子壽命和減小串聯(lián)電阻 Rs(以增大�(guān)斷時的反向電流)

  ③射頻相移器的選擇開�(guān)�

  射頻信號的相移器可以采用不同長度的傳輸線來實�(xiàn)� pin �(jié)二極管能夠作為選擇� � 些傳輸線的開�(guān)使用�

 ?、苌漕l限幅器:

  pin �(jié)二極管在射頻時就好像一個純電阻——射頻電�,但是這只有在射頻信號處于� 界電平之下時才成�;如果在臨界電平之上時,則射頻電阻降�,pin �(jié)二極管即類似于直 流電阻的性能。這種特性就使得 pin �(jié)二極管可以用來保護雷達接收機(二極管采用并聯(lián)� 接) ,以避免過大的發(fā)射功��

 ?、荽蠊β收髌�?/FONT>

  由于 i 型層較厚,則 pin �(jié)二極管的擊穿電壓很高,從而它能夠承受很高的工作電�� 同時二極管在工作�,i 型層中存在大量的兩種類型的載流子,將會產(chǎn)生電�(dǎo)�(diào)變效�(yīng),從 而正向壓降很�。所� pin �(jié)二極管是一種很好的大功率整流器�

 ?、薰怆娞綔y器:

  � pin �(jié)�,因為有�(nèi)建電場的區(qū)域(i 型層)較�,則使得入射光幾乎能完全� i � 層所吸收、和�(zhuǎn)�?yōu)楣馍d流子,因� pin �(jié)二極管作為光電探測器使用時,可以獲得較大 的探測靈敏度� 基于同樣的理�� �(jié)二極管也可以作為較高靈敏度的核輻射探測器使用� pin 實際上這也就是最通用的一種探測器�

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