P и N - области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу

PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (N) и дырочной (P) проводимости находится собственный полупроводник (I-область).

Функциональная структура PIN-диода

Структура PIN -диода представлена на рисунке 1.22(б).

Эти диоды способны пропускать достаточно большие токи и в то же время имеющие малую ёмкость, позволяющую применять его в сантиметровом диапазоне волн (СВЧ).

.Широкая нелегированная I -область делает PIN -диод плохим выпрямителем, но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах, быстрых переключателях, фотодетекторах, а также

в высоковольтной электронике в сантиметровом диапазоне волн.

Принцип работы

Характерные качества PIN -диода проявляются при работе в режиме сильной инжекции, когда I -область заполняется носителями заряда из сильнолегированных N + и P + областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжения. PIN -диод начинает пропускать ток, как только заполнится носителями заряда I -область.

Из-за того, что в I -области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции. Но в режиме прямого смещения концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию.

На низких частотах для PIN -диода справедливы те же уравнения, что и для обычного. На высоких частотах PIN -диод ведет себя как практически идеальный резистор - его вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейна даже для очень большого значения напряжения. В I -области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в I -области рекомбинирует и диод выключается.

Высокочастотное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через PIN -диод. Таким образом, можно варьировать значение сопротивления в широких пределах - от 0.1 Ом до 10кОм - меняя постоянную составляющую тока.

Большая ширина I -области также означает, что PIN -диод имеет небольшую ёмкость при обратном смещении.

Области пространственного заряда (ОПЗ) в PIN -диоде практически полностью находятся в I -области. По сравнению с обычными, PIN -диод имеет значительно большую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения. При проектировании PIN -диода с одной стороны, увеличивая величину I -области (а соответственно и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время. Поэтому PIN -диоды каждый раз проектируются под конкретное назначение.

. Лавинно-пролетный диод — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно-пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. Процессы, происходящие в полупроводниковой структуре диода, ведут к тому, что активная составляющая полного комплексного сопротивления на малом переменном сигнале в определенном диапазоне частот отрицательна

1. Контактный слой

2. Область образования PN перехода

3. Область дрейфа электронов

а б

Рисунок 1.23 - Структура (а) и вольт-амперная характеристика(б) лавинно-пролетного диода

. Рабочей для лавинно-пролётного диода является область лавинного пробоя. Для изготовления лавинно-пролетных диодов используют кремний и арсенид галлия. При напряжении, близком к пробивному, обеднённый слой PN -перехода распространяется на всю базу. При этом напряжённость электрического поля растет от NN ⁺- перехода к P⁺N - переходу, вблизи которого можно выделить тонкую область, в котором напряжённость превышает пробивное значение, и происходит лавинное размножение носителей. Образующиеся при этом дырки втягиваются полем в P⁺ - область, а электроны дрейфуют к N ⁺-области. Эта область называется слоем лавинного размножения. За его пределами дополнительных электронов не возникает. Таким образом, слой лавинного размножения является поставщиком электронов. При подаче на контакты диода переменного напряжения такого, что в течение положительного полупериода напряжение существенно больше, а в течение отрицательного — существенно меньше напряжения пробоя, ток в слое умножения приобретает вид коротких импульсов, максимум которых запаздывает по отношению к максимуму напряжения приблизительно на четверть периода (лавинное запаздывание). Из слоя умножения периодически выходят сгустки электронов, которые движутся через слой дрейфа в течение отрицательного полупериода, когда генерация электронов в слое умножения прекращается. Движущиеся сгустки наводят во внешней цепи ток, почти постоянный в течение времени пролета. Таким образом, ток в диоде имеет вид прямоугольных импульсов. Этот режим работы диода называется пролётным.

Выводы: 1. СВЧ диоды предназначены для работы на частотах 10⁸…10⁹ Гц и поэтому имеют точечный PN -переход. 2.Для ускорения рассасывания неосновных носителей заряда в базе СВЧ диоды изготавливают из полупроводника с высокой концентрацией примеси. В результате этого PN -переход получается очень тонким и пробивное напряжение и выпрямленный ток у СВЧ диодов ограничивают возможности их применения в качестве переключающих элементов. 4. Этого недостатка не имеют PIN -диоды, которые являются плоскостными, но имеют очень малую емкость.

Дата добавления: 2014-11-16