Was ist eine PIN-Diode?
Was ist eine PIN-Diode?
Definition der PIN-Diode
Eine PIN-Diode ist eine spezielle Art von Diode, die eine undotierte intrinsische Halbleiterschicht aus Silizium oder Germanium zwischen den stark dotierten p- und n-dotierten Halbleiterschichten hat. Im Gegensatz zu Standarddioden enthält sie diese zusätzliche Schicht, die zwar schlecht elektrischen Strom leitet, aber für bestimmte elektronische Anwendungen essentiell ist. Es ist, als hätte man eine p-Region, gefolgt von einer intrinsischen Region und dann eine N-Region, was die Bezeichnung PIN-Diode erklärt.
Symbol der PIN-Diode
Aufbau einer PIN-Diode
Wie bereits erläutert, hat eine PIN-Diode eine intrinsische undotierte Schicht (mit hoher Widerstandsfähigkeit) zwischen einer PN-Schicht. Nun werden wir den Aufbau der Diode im Detail betrachten.
PIN-Dioden werden entweder mit Mesa- oder Planar-Strukturen hergestellt. Bei der Mesa-Struktur werden vordotierte Schichten zum Substrat hinzugefügt, was die Kontrolle über das Dotierungsniveau und die Schichtdicke ermöglicht. Die Planar-Struktur beinhaltet das Wachsen einer epitaktischen Schicht auf dem Substrat, wobei die p+-Region durch Ionenimplantation oder Diffusion gebildet wird.
Funktion der PIN-Diode
Obwohl PIN-Dioden in ihrer Funktion ähnelt wie normale Dioden, verfügen sie über eine zusätzliche intrinsische Schicht, die sie weniger effektiv als Gleichrichter macht, aber ausgezeichnet für Anwendungen wie Schalter und Dämpfer geeignet sind.
Vorwärts polarisierte Betriebsweise der PIN-Diode
Bei Vorwärtspegelung verringert sich die Sperrschicht an der p-n-Schicht der PIN-Diode, was den Stromfluss ermöglicht. Diese Reduzierung ermöglicht es der Diode, als variabler Widerstand zu fungieren und ein hohes elektrisches Feld zu entwickeln, das Ladungsträger beschleunigt und ihre Leistung bei Hochfrequenzanwendungen verbessert.
Rückwärts polarisierte Betriebsweise der PIN-Diode
Wenn die PIN-Diode rückwärts polarisiert ist, erhöht sich die Breite der Sperrschicht. Bei einem bestimmten Rückwärtspegelspannungswert wird die gesamte intrinsische Schicht von Ladungsträgern freigemacht. Diese Spannung wird als "swept in voltage" bezeichnet. Der Wert beträgt -2V. Sie wird für Schaltzwecke in rückwärts polarisierter Lage verwendet.
Eigenschaften der PIN-Diode
Bei niedriger Rückwärtspegelung wird die Sperrschicht vollständig entladen. Die Kapazität der PIN-Diode wird unabhängig vom Pegel, sobald die Sperrschicht vollständig entladen ist. Dies liegt daran, dass in der intrinsischen Schicht sehr wenig Nettoladung vorhanden ist. Das Leck des RF-Signals ist geringer als bei anderen Dioden, da die Kapazitätsstufe typischerweise niedriger ist.
In Vorwärtspegelung verhält sich die Diode eher wie ein Widerstand als wie ein nicht-lineares Gerät und produziert keine Rektifizierung oder Verzerrung. Der Wert des Widerstands hängt von der Pegelspannung ab. PIN-Dioden werden als RF-Schalter oder variable Widerstände verwendet, da sie weniger Verzerrungen als normale Dioden erzeugen.
Anwendung der PIN-Diode
RF-Schalter
Hochspannungsgleichrichter
Photodetektor
