A PIN dióda egy olyan dióda , amelyben az elektronikus (n) és a lyuk (p) vezetőképesség tartományai között van egy belső (adagolás nélküli, angolul belső) félvezető ( i - régió). A p és n régiók általában erősen adalékoltak , mivel gyakran használják ohmos érintkezésre a fémmel.
A széles, adalékolatlan i -régió miatt a PIN-dióda rossz egyenirányító (gyakori alkalmazás a diódáknál), de másrészt lehetővé teszi csillapítókban (jelcsillapítókban), gyorskapcsolókban, fotodetektorokban , valamint magas feszültség elektronika.
Általában úgy tervezték, hogy a centiméteres hullámtartományban működjön.
A tűs dióda jellemző tulajdonságai erős befecskendezési üzemmódban jelennek meg , amikor az i - régiót erősen adalékolt n+ és p+ régiókból származó töltéshordozókkal töltik meg, amelyekre előremenő előfeszítő feszültséget kapcsolunk. A PIN-dióda funkcionálisan egy lyukas vízes vödörhöz hasonlítható az oldalán: amint a vödör a lyuk szintjéig megtelik, szivárogni kezd. Ugyanígy a dióda elkezdi átengedni az áramot, amint az i -régió megtelik töltéshordozókkal .
Tekintettel arra, hogy az i - régióban nagyon alacsony a töltéshordozók koncentrációja, gyakorlatilag nincs rekombinációs folyamat az injektálás során. De a forward bias módban a töltéshordozók koncentrációja több nagyságrenddel magasabb, mint a saját koncentrációja.
Alacsony frekvenciákon ugyanazok az egyenletek érvényesek a PIN-diódára, mint a hagyományosra. Magas frekvenciákon a PIN-dióda szinte ideális ellenállásként viselkedik - áram-feszültség karakterisztikája (CVC) még nagyon nagy feszültségérték esetén is lineáris. Magas frekvenciákon nagy mennyiségű felhalmozódott töltés van az i -régióban, ami lehetővé teszi a dióda működését. Alacsony frekvenciákon a töltés az i -régióban újraegyesül, és a dióda kikapcsol.
A reaktancia fordítottan arányos a PIN-diódán átfolyó egyenárammal. Így az áram egyenáramú összetevőjének változtatásával az ellenállás értéke széles tartományban változtatható - 0,1 Ohm és 10 kOhm között.
Az i -régió nagy szélessége azt is jelenti, hogy a PIN diódának kicsi a kapacitása fordított előfeszítés esetén.
A PIN-diódák tértöltési régiói (SCR-ek) szinte teljesen az i régióban helyezkednek el. A hagyományoshoz képest a PIN dióda sokkal nagyobb SCR-rel rendelkezik, aminek határai az alkalmazott fordított feszültségtől függően kis mértékben változnak. Így megnő a félvezető térfogata, ahol sugárzás hatására elektron-lyuk párok jöhetnek létre (például optikai - foton ). Egyes fotodetektorok, például PIN-fénydiódák és fototranzisztorok (amelyekben az alap-kollektor csatlakozás egy PIN-dióda), PIN-csatlakozást használnak az észlelési funkció megvalósításához.
A PIN-dióda tervezésekor kompromisszumot kell keresni: egyrészt az i - régió méretének (és ennek megfelelően a felhalmozott töltés mennyiségének) növelésével a dióda ellenállásos viselkedése érhető el alacsonyabb frekvenciákon, de másrészt a töltésrekombináció és a zárt állapotba való átállás több időt vesz igénybe. Ezért a PIN-diódákat általában minden alkalommal egy adott alkalmazáshoz tervezték.
A PIN-diódákat általában rádió- és mikrohullámú utak kapcsolóiként, csillapítóként, modulátorként, kapcsolóként és fotodetektorként használják.
Az alkalmazási terület szerint a PIN-diódák a következőkre oszthatók:
Nulla vagy fordított előfeszítés esetén a PIN-dióda kis kapacitású. Kis kapacitású nem továbbít nagyfrekvenciás jelet. Előfeszítéssel és 1 mA árammal egy tipikus tűs dióda reaktanciája 1 ohm nagyságrendű, így jó vezető az RF úton. Tehát egy tűs dióda jó RF és mikrohullámú kapcsolóként használható.
Az RF relék szintén kapcsolóként használatosak, de lassabb sebességgel (kapcsolási idő ~ 10 ms ), míg a PIN-diódák sokkal gyorsabbak: több tíz nanoszekundum, mikroszekundum egység.
A kikapcsolt diszkrét PIN dióda kapacitása körülbelül 1 pF . 320 MHz frekvencián egy ilyen kapacitás reaktanciája ~ 500 ohm. Az 50 ohmosra tervezett rendszerekben a jel csillapítása körülbelül 20 dB lesz , ami bizonyos alkalmazásokban nem elegendő. A nagyobb szigetelést igénylő alkalmazásokban a kapcsolók lépcsőzetesek: a 3 diódás kaszkád 60 dB vagy annál nagyobb csillapítást ad (frekvenciától függően akár 100 dB-ig).
A PIN-diódán keresztüli áramerősség változtatásával gyorsan megváltoztathatja a reaktanciát.
Magas frekvenciákon a PIN-dióda reaktanciája fordítottan arányos az áramerősséggel. Ennek megfelelően a PIN dióda vezérelt csillapítóként használható például amplitúdómodulátor és szintváltó áramkörökben.
A PIN-dióda használható például hídként vagy söntellenállásként egy T-híd csillapító áramkörben.
A PIN-diódákat néha a nagyfrekvenciás mérésekhez használt bemeneteken lévő eszközök védelmére használják. Ha a bemeneti jel kicsi és az elfogadható értékek tartományába esik, akkor a PIN-dióda, mint kis kapacitás, minimális torzítást okoz. Amikor a jel növekszik, és túllépi a megengedett határokat, a PIN-dióda vezetni kezd, és ellenállássá válik, amely a jelet a földre söntöli.
A PIN-dióda hálózati kártyákban és optikai kábelek kapcsolóiban használható. Ezekben az alkalmazásokban a PIN-diódát fotodiódaként használják .
Fotodetektorként a PIN-dióda fordított előfeszítéssel működik. Ugyanakkor zárva van, és nem engedi át az áramot (kivéve egy kis szivárgási áramot). A foton belép az i -régióba, ami elektron-lyuk párok kialakulását idézi elő. Az SCR elektromos mezőbe belépő töltéshordozók az erősen adalékolt régiók felé kezdenek elmozdulni, és olyan elektromos áramot hoznak létre, amelyet egy külső áramkör észlelhet. A dióda vezetőképessége a beeső sugárzás hullámhosszától, intenzitásától és modulációs frekvenciájától függ.
A fordított feszültség nagysága elérheti a nagy értékeket, míg a nagyobb feszültség nagyobb mezőt hoz létre, ami gyorsabban húzza ki a hordozókat az SCR i -régióból.
Egyes detektorok használhatják a töltéshordozó-lavina-sokszorozás hatását .
A szuperinjekciós jelenséget alkalmazó gyémánt alapú PIN diódák fénykibocsátó eszközként használhatók. [egy]
| Félvezető diódák | ||
|---|---|---|
| Bejelentkezés alapján | ||
| LED-ek | ||
| Helyreigazítás | ||
| Generátor diódák | ||
| Referencia feszültségforrások | ||
| Egyéb | ||
| Lásd még |
| |