PINダイオードとは何か

PINダイオードとは何か

PINダイオードの定義

PINダイオードは、高濃度ドープされたP型半導体層とN型半導体層の間に不純物が添加されていない本質的なシリコンまたはゲルマニウムの層を有する特定のタイプのダイオードです。標準的なダイオードとは異なり、この追加の層は電流をあまり伝導しませんが、特定の電子アプリケーションには不可欠です。これは、P領域の後に本質的な領域があり、その後にN領域があるため、これをPINダイオードと呼びます。

PINダイオードのシンボル

PINダイオードの構造

すでに説明したように、PINダイオードにはPN接合の間に高抵抗を持つ不純物が添加されていない層（本質的な層）が挟まれています。ここでは、その詳細な構造を見ていきます。

PINダイオードは、Mesa構造またはPlanar構造を使用して作成されます。Mesa構造では、基板に事前にドープされた層を追加することで、ドープレベルと層厚さを制御できます。Planar構造では、基板上にエピタキシャル層を成長させ、p+領域はイオン注入または拡散によって形成されます。

PINダイオードの動作

通常のダイオードと同様に動作しますが、PINダイオードには追加の本質的な層があり、整流器としては効果的ではありませんが、スイッチや減衰器などの用途には優れています。

PINダイオードの順方向バイアス動作

順方向バイアスでは、PINダイオードのp-n接合の枯渇領域が減少し、電流が流れやすくなります。この減少により、ダイオードは可変抵抗として機能し、高い電界を発生させ、高周波アプリケーションでの性能を向上させます。

PINダイオードの逆方向バイアス動作

PINダイオードが逆方向バイアス状態にあるとき、枯渇領域の幅が増加します。ある逆方向バイアス電圧で、全本質的な層が電荷キャリアから掃き出されます。この電圧はスウィープイン電圧と呼ばれ、-2Vです。逆方向バイアス状態でのスイッチング目的に使用されます。

PINダイオードの特性

低い逆方向バイアスレベルでは、枯渇層が完全に枯渇します。枯渇層が完全に枯渇すると、PINダイオードの容量はバイアスレベルに関係なくなります。これは、本質的な層にほとんど電荷がないためです。他のダイオードよりもRF信号のリークが少ないのは、容量が通常低いためです。

順方向バイアスでは、ダイオードは非線形デバイスよりも抵抗として機能し、整流や歪みを生成しません。抵抗値はバイアス電圧に依存します。PINダイオードは、通常のダイオードよりも歪みが少ないため、RFスイッチや可変抵抗として使用されます。

PINダイオードの応用

• RFスイッチ

• 高電圧整流器

• 光検出器