ما هي مبادئ وتطبيقات الثنائيات PIN؟ (الجزء الأول)

ثنائي ضوئي PINهو جهاز أشباه الموصلات يتكون من تقاطع PIN الذي يحول الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية تتغير مع تغير الضوء. إنه يهدف إلى نقص PD العام ، وتحسين الهيكل ، والحساسية أعلى من تلك الخاصة بالديود الضوئي العام لتقاطع PN ، وله خصائص التوصيل أحادي الاتجاه.

1. مبدأ وهيكل الصمام الثنائي PIN

يتكون الصمام الثنائي العام من مادة شبه موصلة مخدرة من النوع N ومواد شبه موصلة مخدرة من النوع P مباشرة لتشكيل تقاطع PN. الصمام الثنائي PIN هو إضافة طبقة رقيقة من أشباه الموصلات الداخلية منخفضة المنشطات بين مادة أشباه الموصلات من النوع P ومادة أشباه الموصلات من النوع N.

يظهر الرسم التخطيطي لهيكل الصمام الثنائي PIN في الشكل 1 لأن أشباه الموصلات الجوهرية تشبه الوسط ، وهذا يعادل زيادة المسافة بين قطبي مكثف الوصلة PN ، بحيث يصبح مكثف التوصيل صغيراً. ثانيًا ، يتم توسيع عرض طبقة النضوب في أشباه الموصلات من النوع P وأشباه الموصلات من النوع N مع زيادة الجهد العكسي ، كما أن سعة الوصلة صغيرة أيضًا مع زيادة التحيز العكسي. نظرًا لوجود الطبقة الأولى ، والمنطقة P رقيقة جدًا بشكل عام ، لا يمكن امتصاص الفوتون الساقط إلا في الطبقة الأولى ، ويتركز التحيز العكسي بشكل أساسي في المنطقة الأولى ، مما يشكل منطقة مجال كهربائي عالية ، والحامل المتولد ضوئيًا في المنطقة I يتسارع تحت تأثير المجال الكهربائي القوي ، لذلك ينخفض ​​ثابت وقت عبور الناقل ، وبالتالي تحسين استجابة التردد للديود الضوئي. في الوقت نفسه ، يؤدي إدخال الطبقة الأولى إلى توسيع منطقة النضوب وتوسيع منطقة العمل الفعالة للتحويل الكهروضوئي ، وبالتالي تحسين الحساسية.

هناك نوعان من الهياكل الأساسية للديود PIN ، وهما هيكل المستوى وهيكل الميسا ، كما هو موضح في الشكل 2. بالنسبة لثنائيات التوصيل Si-pin133 ، يكون تركيز الطبقة الحاملة للطبقة I منخفضًا جدًا (ترتيب 10 سم تقريبًا من حيث الحجم) ، المقاومة عالية جدًا (حوالي k-cm من حيث الحجم) ، وسمك W يكون بشكل عام سميكًا (بين 10 و 200m) ؛ عادةً ما يكون تركيز المنشطات لأشباه الموصلات من النوع P و N على جانبي الطبقة I مرتفعًا جدًا.

يمكن تصنيع الطبقات I لكل من الهياكل المستوية والميزا بواسطة تقنية epitaxy ، ويمكن الحصول على طبقات p plus المخدرة بشكل كبير عن طريق الانتشار الحراري أو تقنية زرع الأيونات. يمكن تصنيع الثنائيات المستوية بسهولة عن طريق عمليات مستوية تقليدية. يجب أيضًا تصنيع الصمام الثنائي لهيكل ميسا (بالحفر أو الحز). مزايا هيكل ميسا هي:

① تتم إزالة جزء الانحناء من الوصلة المستوية ، وتحسين جهد انهيار السطح ؛

② يتم تقليل سعة الحواف والتحريض ، مما يؤدي إلى تحسين تردد التشغيل.

2. حالة عمل الصمام الثنائي PIN تحت تحيز مختلف

① الانجراف الإيجابي نحو الأسفل

عندما يتم تطبيق الصمام الثنائي PIN بجهد أمامي ، سيتم حقن العديد من الشامات في المنطقة P والمنطقة N في المنطقة I وإعادة تجميعها في المنطقة I. عندما يكون ناقل الحقن والحامل المركب متساويين ، يصل التيار I إلى التوازن. تتميز الطبقة الجوهرية بمقاومة منخفضة بسبب تراكم عدد كبير من الموجات الحاملة ، لذلك عندما يكون الصمام الثنائي PIN متحيزًا للأمام ، يكون له خاصية مقاومة منخفضة. كلما زاد الانحياز الأمامي ، زاد التيار المحقون في الطبقة I ، وزاد عدد الموجات الحاملة في الطبقة I ، مما يجعل مقاومتها أصغر. الشكل 3 هو مخطط الدائرة المكافئ في ظل التحيز الإيجابي ، ويمكن ملاحظة أنه يعادل مقاومة صغيرة ذات قيمة مقاومة بين 0. 1Ω و 10Ω.

② الانحراف الصفري

عندما لا يتم تطبيق أي جهد على طرفي الصمام الثنائي PIN ، لأن الطبقة I الفعلية تحتوي على كمية صغيرة من الشوائب من النوع P ، في واجهة IN ، تنتشر الثقوب الموجودة في المنطقة I إلى المنطقة N ، والإلكترونات في تنتشر منطقة N إلى المنطقة I ، ثم تشكل منطقة شحن فضائية. نظرًا لأن تركيز الشوائب في المنطقة I منخفض جدًا مقارنةً بالمنطقة N ، فإن معظم منطقة النضوب تقع تقريبًا في المنطقة الأولى. عند واجهة PI ، بسبب اختلاف التركيز (تركيز الفتحة في المنطقة P أكبر بكثير من في المنطقة I) ، ستحدث حركة الانتشار أيضًا ، لكن تأثيرها أقل بكثير من تأثيره في واجهة IN ويمكن تجاهله. لذلك ، عند التحيز الصفري ، يقدم الصمام الثنائي PIN حالة مقاومة عالية بسبب وجود منطقة نضوب في المنطقة الأولى.

عكس التحيز النزولي

الانحراف العكسي مشابه جدًا للانحياز الصفري ، باستثناء أن المجال الكهربائي المدمج قد تم تعزيزه ، والتأثير هو توسيع منطقة شحنة الفضاء في مفترق IN ، بشكل أساسي نحو المنطقة I. في هذا الوقت ، يمكن أن يكون الصمام الثنائي PIN مكافئًا للمقاومة بالإضافة إلى السعة ، والمقاومة هي مقاومة المنطقة الجوهرية المتبقية ، والسعة هي السعة الحاجزة لمنطقة الاستنفاد. الشكل 4 هو مخطط الدائرة المكافئ لصمام PIN الثنائي تحت التحيز العكسي ، ويمكن ملاحظة أن نطاق المقاومة يتراوح بين 1Ω و 1 0 0Ω ، ومدى السعة بين 0.1pF و 10 PF. عندما يكون التحيز العكسي كبيرًا جدًا ، بحيث تملأ منطقة النضوب منطقة I بأكملها ، سيحدث اختراق للمنطقة I ، ولن يعمل أنبوب PIN بشكل طبيعي.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.