Wat is een PIN-diode?

Wat is een PIN-diode?

Definitie van een PIN-diode

Een PIN-diode is een specifiek type diode dat een ongedopeerd intrinsisch halfgeleiderlaag van silicium of germanium heeft tussen de zwaar gedopeerde p-type en n-type halfgeleiderlagen. In tegenstelling tot standaard diodes bevat deze een extra laag die slecht elektrische stroom geleidt, maar essentieel is voor bepaalde elektronische toepassingen. Het is alsof er een p-regio is, gevolgd door een intrinsieke regio en vervolgens een N-regio, waardoor het een PIN-diode wordt en waar de naam ook vandaan komt.

Symbool van een PIN-diode

Opbouw van een PIN-diode

Zoals al vermeld, heeft een PIN-diode een intrinsieke ongedopeerde laag (met hoge weerstand) ingeklemd tussen een PN-overgang. We zullen nu in detail kijken naar de constructie van de diode.

PIN-diodes worden gebouwd met behulp van Mesa- of Planar-structuren. Bij de Mesa-structuur worden voorgegeverste lagen toegevoegd aan het substraat, waardoor de dopingsgraad en de laagdikte geregeld kunnen worden. De Planar-structuur omvat het groeien van een epitaxiale laag op het substraat, waarbij de p+-regio gevormd wordt door ionimplantatie of diffusie.

Werkingsprincipe van de PIN-diode

Hoewel vergelijkbaar met normale diodes in werking, bevatten PIN-diodes een extra intrinsieke laag die ze minder effectief maakt als rectifiers, maar uitstekend voor toepassingen zoals schakelaars en dempers.

Voorwaartse bias-werkingswijze van de PIN-diode

Bij voorwaartse bias neemt de afplaatstingszone bij de p-n-overgang van de PIN-diode af, waardoor stroom kan stromen. Deze reductie laat de diode functioneren als een variabele weerstand en ontwikkelt een hoge elektrische veldsterkte die draaggrootheden versnelt, waardoor de prestaties in toepassingen met hoge frequentie verbeteren.

Achterwaartse bias-werkingswijze van de PIN-diode

Wanneer de PIN-diode in achterwaartse bias staat, neemt de breedte van de afplaatstingszone toe. Bij een bepaalde achterwaartse biasspanning wordt de hele intrinsieke laag ontdaan van draaggrootheden. Deze spanning wordt de afgeveegde spanning genoemd. De waarde is -2V. Het wordt gebruikt voor schakeldoelen in achterwaartse bias.

Kenmerken van de PIN-diode

Bij een lager niveau van achterwaartse bias wordt de afplaatstingslaag volledig afgeplaatst. De capaciteit van de PIN-diode wordt onafhankelijk van het biasniveau wanneer de afplaatstingslaag volledig afgeplaatst is. Dit komt omdat er weinig netto lading in de intrinsieke laag is. Het lekken van RF-signalen is lager dan bij andere diodes omdat het capaciteitsniveau meestal lager is.

Bij voorwaartse bias gedraagt de diode zich meer als een weerstand dan als een niet-lineair apparaat en produceert geen rectificatie of vervorming. De waarde van de weerstand hangt af van de biasspanning. Een PIN-diode wordt gebruikt als RF-schakelaar of variabele weerstand omdat ze minder vervormingen veroorzaken dan een normale diode.

Toepassingen van de PIN-diode

• RF-schakelaar

• Hoogspanningsrectifier

• Fotodetector