PIN-diod är en sorts diod , där det mellan regionerna elektronisk (n) och hål (p) konduktivitet finns en inneboende (odopad, engelska inre) halvledare ( i - region). p- och n-områdena tenderar att vara kraftigt dopade , eftersom de ofta används för ohmsk kontakt med metallen.
Den breda odopade i -regionen gör PIN-dioden till en dålig likriktare (en vanlig applikation för en diod), men å andra sidan gör detta att den kan användas i dämpare (signaldämpare), snabba omkopplare, fotodetektorer , samt höga spänningselektronik.
Som regel är den utformad för att fungera i centimetervågområdet.
De karakteristiska egenskaperna hos en stiftdiod uppträder när den arbetar i det starka injektionsläget , när i - regionen är fylld med laddningsbärare från kraftigt dopade n+ och p+ regioner, till vilka en framåtförspänning appliceras. PIN-dioden kan funktionellt jämföras med en hink med vatten med ett hål i sidan: så fort hinken är fylld till hålets nivå börjar den läcka. På samma sätt börjar dioden passera ström så snart i -regionen är fylld med laddningsbärare .
På grund av det faktum att i- regionen har en mycket låg koncentration av laddningsbärare finns det praktiskt taget inga rekombinationsprocesser under injektion. Men i framåtförspänningsläget är koncentrationen av laddningsbärare flera storleksordningar högre än dess egen koncentration.
Vid låga frekvenser gäller samma ekvationer för en PIN-diod som för en vanlig. Vid höga frekvenser beter sig PIN-dioden som ett nästan idealiskt motstånd - dess ström-spänningskarakteristik (CVC) är linjär även för ett mycket stort spänningsvärde. Vid höga frekvenser finns det en stor mängd ackumulerad laddning i i -regionen, vilket gör att dioden kan fungera. Vid låga frekvenser rekombinerar laddningen i i -regionen och dioden stängs av.
Reaktansen är omvänt proportionell mot likströmmen som flyter genom PIN-dioden. Således är det möjligt att variera resistansvärdet över ett brett område - från 0,1 Ohm till 10 kOhm - genom att ändra DC-komponenten i strömmen.
I-regionens stora bredd gör också att PIN-dioden har liten kapacitans när den är backspänd.
Rymdladdningsregionerna (SCR) i en PIN-diod är nästan helt placerade i i- regionen. Jämfört med konventionella har PIN-dioden en mycket större SCR, vars gränser varierar något beroende på den applicerade backspänningen. Således ökar volymen av halvledaren, där elektron-hålpar kan bildas under påverkan av strålning (till exempel optisk - foton ). Vissa fotodetektorer, såsom PIN-fotodioder och fototransistorer (där bas-kollektorövergången är en PIN-diod), använder en PIN-övergång för att implementera detekteringsfunktionen.
När man designar en PIN-diod måste man leta efter en kompromiss: å ena sidan, genom att öka storleken på i- området (och följaktligen mängden ackumulerad laddning), kan man uppnå ett resistivt beteende hos dioden vid lägre frekvenser, men å andra sidan, för laddningsrekombination och övergång till slutet tillstånd kommer att ta längre tid. Därför är PIN-dioder som regel utformade för en specifik tillämpning varje gång.
PIN-dioder används vanligtvis som omkopplare i radio- och mikrovågsvägar , dämpare, modulatorer, omkopplare och fotodetektorer.
Beroende på användningsområdet är PIN-dioder indelade i:
Vid noll eller omvänd förspänning har PIN-dioden liten kapacitans. En liten kapacitans sänder inte en högfrekvent signal. Med framåtförspänning och 1 mA ström har en typisk stiftdiod en reaktans i storleksordningen 1 ohm, vilket gör den till en bra ledare i RF-vägen. Så en stiftdiod kan användas som en bra RF- och mikrovågsomkopplare.
RF-reläer används också som switchar, men med en lägre hastighet (omkopplingstid ~ 10 ms ), medan PIN-dioder är mycket snabbare: tiotals nanosekunder, enheter mikrosekunder.
Kapacitansen för en off-diskret PIN-diod är ungefär 1 pF . Vid en frekvens på 320 MHz är reaktansen för en sådan kapacitans ~ 500 ohm. I system som är klassade för 50 ohm kommer signaldämpningen att vara cirka 20 dB , vilket inte är tillräckligt i vissa applikationer. I applikationer som kräver mer isolering är omkopplarna kaskadkopplade: en 3-diodskaskad ger en dämpning på 60dB eller mer (upp till 100dB beroende på frekvens).
Genom att variera strömmen genom PIN-dioden kan du snabbt ändra reaktansen.
Vid höga frekvenser är reaktansen hos en PIN-diod omvänt proportionell mot strömmen. Följaktligen kan PIN-dioden användas som en kontrollerad dämpare, till exempel i amplitudmodulator- och nivåväxlingskretsar.
PIN-dioden kan till exempel användas som brygg- eller shuntmotstånd i en T-bryggdämparkrets.
PIN-dioder används ibland för att skydda enheter på ingångar för högfrekventa mätningar. Om insignalen är liten och ligger inom området för acceptabla värden, introducerar PIN-dioden, som en liten kapacitans, minimal distorsion. När signalen ökar och går över de tillåtna gränserna börjar PIN-dioden att leda och blir ett motstånd som shuntar signalen till jord.
PIN-dioden kan användas i nätverkskort och switchar för fiberoptiska kablar. I dessa applikationer används PIN-dioden som fotodiod .
Som fotodetektor fungerar PIN-dioden med omvänd bias. Samtidigt är den stängd och passerar inte ström (med undantag för en liten läckström). Fotonen går in i i -regionen, vilket ger upphov till bildandet av elektron-hål-par. Laddningsbärare som kommer in i det elektriska SCR-fältet börjar röra sig mot starkt dopade områden, vilket skapar en elektrisk ström som kan detekteras av en extern krets. Diodens konduktivitet beror på den infallande strålningens våglängd, intensitet och modulationsfrekvens.
Storleken på backspänningen kan nå stora värden, medan en större spänning skapar ett större fält, vilket drar ut bärarna ur SCR i -regionen snabbare.
Vissa detektorer kan använda effekten av laddningsbärare lavinmultiplikation .
Diamantbaserade PIN-dioder som använder superinjektionsfenomen kan användas som ljusemitterande enheter. [ett]
| Halvledardioder | ||
|---|---|---|
| Enligt överenskommelse | ||
| lysdioder | ||
| Rättande | ||
| Generatordioder | ||
| Referensspänningskällor | ||
| Övrig | ||
| se även |
| |