课程设计--PIN光电二极管

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1、PIN光电二极管PIN光电二极管PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，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。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。一ˎ工作原理在光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射

2、光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。二ˎPIN型光电二极管的结构pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构三ˎPIN结的导电特性pin结就是在pin结的空间电荷区分别在

3、i型层两边的界面处，而整个的i型层中没有空间电荷，但是存在由两边的空间电荷所产生出来的电场——内建电场，所以pin结的势垒区就是整个的i型层。平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是：①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压；②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。1ˎ基本概念一般p-n结的导电（较大的正向电流以及很小的反向电流）主要是由于少

4、数载流子在势垒区以外的两边扩散区中进行扩散所造成的；扩散区是不存在电场的电中性区。但是，对于pin结，虽然它的空间电荷区是在i型层两头的很薄的区域，然而其势垒区（存在内建电场的区域）却是整个的i型层，则其势垒区厚度必将远远大于载流子的平均自由程，因此这时载流子渡越势垒区过程中的产生-复合作用就再也不能忽略了。实际上，pin1结的单向导电性也正是由于载流子渡越i型层的特殊过程（复合与产生的过程）所造成的；相反，i型层两边的扩散区却对于pin结导电性能的影响较小。总之，pin结的导电性能与i型层中载流子的复合作用有很大的关系。2ˎpin结中载

5、流子的输运导电机理：当pin结处于正偏时，势垒高度降低，则电子和空穴分别从两边大量注入到本征的i型层，当然这必定是“大注入”；这时就不能区分多数载流子和少数载流子了，即可以认为i型层中的电子浓度等于空穴浓度（n=p），并且均匀分布。在i型层中，由于这种注入，即使得np>ni2，于是注入的这些电子和空穴将在i型层中发生复合，并从而形成较大的通过pin结的电流。可见，pin结的正向电流从性质上来说，它是非平衡载流子在i型层中的复合电流，载流子的复合越快，电流就越大。当pin结反偏时，势垒中的电场增强，势垒高度增大，则i型层中的载流子将进一步减

6、少，即使得np

7、忽略）。四ˎPIN型光电二极管的主要参数1.开关时间：由于电荷的存储效应，PIN管的通断和断通都需要一个过程，这个过程所需时间2.隔离度：开关在断开时其衰减也非无穷大，称为隔离度3.插入损耗：开关在导通时衰减不为零，称为插入损耗4.承受功率：在给定的工作条件下，微波开关能够承受的最大输入功率5.电压驻波系数：仅反映端口输入，输出匹配情况6.视频泄漏7.谐波：PIN二极管也具有非线性，因而会产生谐波，PIN开关在宽带应用场合，谐波可能落在使用频带内引起干扰.8.开关分类：反射式和吸收式，吸收式开关的性能较反射式开关优良9.控制方式：采用TT

8、L信号控制。'1'通'0'断五ˎPIN型光电二极管的典型应用①射频信号的转换开关因为pin结二极管的射频电阻与直流偏置电流有关，所以它可以用作为射频开关和衰减器。串联射频开关电路：当二极管正偏