PIN光电二极管工作原理和主要特性

PIN光电二极管是针对特定应用对PN结进行的更改，在20世纪40年代开发出PN结二极管后，PIN光电二极管在1952年首次作为高功率整流器低频使用。

PIN光电二极是一种在P型和N型半导体区域之间具有未掺杂的宽本征半导体区域的二极管。这些区域通常是重掺杂的，因为它们用于欧姆接触。较宽的本征区域与普通的P-N二极管无关。

基本概念

PIN光电二极管，也称PIN结二极管、PIN二极管，是一种光电探测器，用于将光信号转换为电信号。PIN光电二极管由三个区域组成，即P区、I区和N区。通常情况下，P区和N区都被重掺杂，因为它们用于欧姆接触。二极管中的本征区与PN结二极管相反。所以该区域使PIN二极管成为低功耗整流器，但它适用于快速开关、衰减器、光电探测器和高压电力电子应用。

结构和工作原理

PIN光电二极管一词的名称源于它包含三个主要层。它不仅具有P型和N型层，还具有I层，具体如下：

• P型层（掺杂有三价杂质）
• I层（本征层，未掺杂或轻掺杂）
• N型层（掺杂有五价杂质）

PIN光电二极管的工作原理与普通二极管完全相同。主要区别在于耗尽区较大，因为在反向偏置或无偏置二极管中，耗尽区通常存在于两个P和N区之间。在任何PN结二极管中，P区域包含空穴，因为它已经被掺杂以确保其具有大多数空穴。同样地，N区已经被掺杂以保持多余的电子。

P和N区域之间的层不包含电荷载流子，因为任何电子或空穴合并由于二极管的耗尽区没有电荷载流子，它起到绝缘体的作用。耗尽区存在于PIN二极管中，但如果PIN光电二极管正向偏置，则载流子进入耗尽区，当两种载流子聚集在一起时，电流将开始流动。

当PIN二极管正向偏置连接时，电荷载流子远远高于本征载流子的注意力水平。由于这个原因，电场和高能级注入能级深入该区域。该电场有助于加速电荷载流子从P区到N区的移动，从而加快PIN二极管的运行，使其成为高频运行的合适器件。

主要特性

PIN光电二极管的特性包括以下几点内容：

1. 符合小频率信号的典型二极管方程。在较高频率下，PIN光电二极管看起来像一个近似完美的电阻器。本征区内有一组存储电荷。在小频率下，电荷可以分离并且二极管关闭。
2. 在较高频率下，没有足够的时间消除电荷，因此PIN二极管从未关闭。二极管具有减少的反向恢复时间。正确偏置的PIN二极管因此可用作可变电阻器。这种高频电阻可能在很宽的范围内有所不同（在某些情况下为0.1 Ω-10 kΩ，但实际范围更小）。
3. 更宽的本征面积也意味着PIN二极管在反向偏置时将具有低电容。在该二极管中，耗尽区完全存在于本征区内。这个耗尽区比PN二极管要好得多，而且大小几乎恒定，与施加到PN二极管的反向偏压无关。
4. 增加了可以由出现光子产生的电子-空穴对的数量。一些光电探测器设备，例如光电晶体管，在其结构中采用了PIN结。
5. PIN二极管提高本征区的幅度允许二极管在较小的频率下看起来像一个电阻器。它严重影响了关闭二极管及其分流电容所需的时间。因此，必须选择具有最适合特定用途的特性的设备。

主要应用

PIN光电二极管的应用领域主要包括以下几个方面：

• 用作高压整流器，其本征层在两层之间提供了隔板，允许承受更高的反向电压。
• 用作理想的射频开关。P和N层之间的本征层增加了它们之间的空间。这也降低了两个区域之间的电容，从而提高了PIN二极管反向偏置时的隔离水平。
• 用作光电检测器，将光转换为在光电二极管的耗尽层中发生的电流，通过插入本征层使耗尽层升高，通过增加光发生变化的体积来提高性能。
• 它是在电子应用中提供电子开关的理想元件，主要用于射频设计应用，也可用于在射频衰减器和射频开关中提供开关或衰减元件。

总结

简单来说，PIN光电二极管就是在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。它具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点，所以应用也是非常的广泛。