PIN光電二極管
PIN型光電二極管也稱PIN結(jié)二極管、PIN二極管,在兩種半導(dǎo)體之間的 PN結(jié),或者半導(dǎo)體與金屬之間的結(jié)的鄰近區(qū)域,在P區(qū)與N區(qū)之間生成I型層,吸收光輻射而產(chǎn)生光電流的一種光檢測器。具有結(jié)電容小、渡越時間短、靈敏度高等優(yōu)點。
工作原理
在上述的光電二極管的PN結(jié)中間摻入一層濃度很低的I型半導(dǎo)體,就可以增大耗盡區(qū)的寬度,達到減小擴散運動的影響,提高響應(yīng)速度的目的。由于這一摻入層的摻雜濃度低,近乎本征(Intrinsic)半導(dǎo)體,故稱I層,因此這種結(jié)構(gòu)成為PIN光電二極管。I層較厚,幾乎占據(jù)了整個耗盡區(qū)。絕大部分的入射光在I層內(nèi)被吸收并產(chǎn)生大量的電子-空穴對。在I層兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體,P層和N層很薄,吸收入射光的比例很小。因而光產(chǎn)生電流中漂移分量占了主導(dǎo)地位,這就大大加快了響應(yīng)速度。
結(jié)構(gòu)
在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層本征半導(dǎo)體。因為本征層相對于P區(qū)和N區(qū)是高阻區(qū)這樣,PN結(jié)的內(nèi)電場就基本上全集中于 I 層中。
I層作用
本征層的引入,明顯增大了p+區(qū)的耗盡層的厚度,這有利于縮短載流子的擴散過程。耗盡層的加寬,也可以明顯減少結(jié)電容,從而使電路常數(shù)減小。同時耗盡加寬還有利于對長波區(qū)的吸收。性能良好的PIN光電二極管,擴散和漂移時間一般在10-10s數(shù)量級,頻率響應(yīng)在千兆赫茲。實際應(yīng)用中決定光電二極管的頻率響應(yīng)的主要因素是電路的時間常數(shù)。合理選擇負載電阻是一個很重要的問題。
影響因素
1、光電二極管和它的負載電阻RC的時間常數(shù)。
2、載流子在度越區(qū)的耗盡時間。
3、耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子由于擴散而產(chǎn)生的時間延遲。
特點
頻帶寬(可達10GHz)
靈敏度高
線性輸出范圍寬
噪聲低
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