PIN-диод

- разновидность диода, в котором между областями электронной (

n)

и дырочной (

p)

проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник (

i-область)

. p

и n

области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу.

Широкая нелегированная i

-область делает pin

-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но с другой стороны это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике.

Как правило PIN-диод

предназначен для работы в сантиметровом диапазоне волн (СВЧ).

Функциональная структура pin-диода

Характерные качества pin

-диода проявляются при работе в режиме сильной инжекции, когда i

-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n+

и p+

областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжения. pin

-диод функционально можно сравнить с ведром воды с отверстием сбоку - как только ведро наполняется до уровня отверстия - оно начинает протекать. Точно так же и диод начинает пропускать ток, как только заполнится носителями заряда i

-область.

Из-за того, что в i

-области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции. Но в режиме прямого смещения концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию.

На низких частотах для

pin

-диода справедливы те же уравнения, что и для обычного. На высоких частотах pin

-диод ведет себя как практически идеальный резистор - его вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейна даже для очень большого значения напряжения. На высоких частотах в i

-области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i

-области рекомбинирует и диод выключается.

Высокочастотное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через pin

-диод. Таким образом, можно варьировать значение сопротивления в широких пределах - от 0.1 Ом до 10КОм - меняя постоянную составляющую тока.

Большая ширина i

-области также означает, что pin

-диод имеет небольшую ёмкость при обратном смещении.

Области пространственного заряда (ОПЗ) в pin

-диоде практически полностью находятся в i

-области. По сравнению с обычными, pin

-диод имеет значительно большую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения. Таким образом увеличивается объем полупроводника, где могут быть образованы электронно - дырочные пары под воздействием излучения (например, оптического - фотона). Некоторые фотодетекторы, такие как pin

-фотодиоды и фототранзисторы (в которых переход база-коллектор является pin

-диодом), используют pin

-переход для реализации функции детектирования.

При проектировании pin

-диода приходится искать компромисс: с одной стороны, увеличивая величину

i

-области (а соответственно и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время. Поэтому как правило pin

-диоды каждый раз проектируются под конкретное приложение.