Р-і-n фотодіод

PIN-діод - різновид діода, в якому між областями електронної (п) і діркової (р) провідності знаходиться власний (нелегований) напівпровідник (і-область) (рис.1.7.).

Рис.1.7. Функціональна структура р-і-n діода

Р-і-n області як правило легуються сильно, так як вони часто використовуються для омічного контакту (контакт між металом і напівпровідником або двома напівпровідниками, що характеризується лінійною симетричною вольт-амперною характеристикою (ВАХ)) до металу (рис.1.8.).

Рис.1.8
. Вольт-амперна характеристика p-i-n-діода

Широка нелегована і-область робить пін-діод поганим випрямлячем (звичайне застосування для діода), але, з іншого боку, це дозволяє використовувати його як послаблюючий сигнал у швидких перемикачах, фотодетекторах, а також в високовольтній електроніці.

Характерні p-i-n якості діода проявляються при роботі в режимі сильної інжекції, коли і-область заповнюється носіями заряду з сильнолегованих п⁺ і р⁺ областей, до яких прикладається пряме зміщення напруги. P-і-n діод функціонально можна порівняти з відром води з отвором збоку: як тільки відро наповнюється до рівня отвору, воно починає протікати. Точно так само і діод починає пропускати струм, як тільки заповниться носіями заряду і-область.

Через те, що в і-області дуже низька концентрація носіїв заряду, там практично відсутні процеси рекомбінації. Але в режимі прямого зміщення концентрація носіїв заряду на кілька порядків перевищує власну концентрацію.

Характеристики:

На високих частотах пін-діод поводиться як практично ідеальний резистор - його вольт-амперна характеристика (ВАХ) лінійна навіть для дуже великого значення напруги. На високих частотах в я-області знаходиться велика кількість накопиченого заряду, який дозволяє дiоду працювати. На низьких частотах заряд в і-області рекомбінує і діод вимикається.

Можна варіювати значення опору в широких межах - від 0, 1 до 10 Ом кОм - змінюючи постійну складову струму.

Велика ширина і-області також означає, що p-i-n -діод має невелику ємність при зворотному зміщенні.

Області просторового заряду (ОПЗ) в p-i-n-діоді практично повністю знаходяться в і-області. У порівнянні зі звичайними, p-i-n-діод має значно більшу ОПЗ, кордони якої незначно змінюються в залежності від прикладеного зворотної напруги. Таким чином збільшується об'єм напівпровідника, де можуть бути утворені електронно-діркові пари під впливом випромінювання (наприклад, оптичного - фотона).

При проектуванні p-i-n-діода доводиться шукати компроміс: з одного боку, збільшуючи величину і-області (а відповідно, і кількість накопиченого заряду) можна домогтися резистивного поведінки діода на більш низьких частотах, але з іншого боку, при цьому для рекомбінації заряду і переходу в закрите стан буде потрібно більше часу. Тому, як правило, p-i-n-діоди кожен раз проектуються під конкретне застосування.