Что такое PIN-диод?

Что такое PIN-диод?

PIN-диод — это диод с настоящим полупроводником I-типа с высоким электрическим сопротивлением между полупроводниками P-типа и N-типа и широким обедненным слоем.

Более широкий обедненный слой улучшает характеристики отклика. Прямое напряжение почти такое же, как у диода с PN-переходом, и PIN-диоды используются в качестве переменных резисторов, особенно на высоких частотах, поскольку их сопротивление изменяется с протекающим током. Их также можно использовать в качестве конденсаторов при подаче обратного напряжения.

Применение PIN-диодов

PIN-диоды имеют низкую емкость между клеммами, низкое последовательное сопротивление и высокочастотные характеристики. Поэтому они используются для переключения высокочастотных сигналов, таких как те, которые используются в сотовых телефонах, поскольку они не так легко влияют на высокочастотные линии связи. Он также используется в переключении диапазонов, схемах АРУ и приемных аттенюаторах в качестве переменного резистора из-за его способности изменять сопротивление в ответ на ток. Он также действует как конденсатор при приложении обратного напряжения.

Принцип работы PIN-диода

1. Когда прямое напряжение подается на PIN-диод

Рисунок 1. Прямое напряжение, подаваемое на PIN-диод

Когда прямое напряжение подается на PIN-диод, дырки из полупроводника P-типа и электроны из полупроводника N-типа перемещаются в полупроводник I-типа, где они встречаются и рекомбинируют. Дырки и электроны из полупроводников P-типа и N-типа встречаются в полупроводнике I-типа, что приводит к изменению сопротивления. Другими словами, сопротивление изменяется в ответ на напряжение, что позволяет использовать устройство в качестве переменного сопротивления, управляя напряжением.

Кроме того, изменяя толщину и площадь обедненного слоя полупроводника I-типа, можно изменять емкость между выводами и выбирать характеристики сопротивления. По сравнению с полупроводниками PN-типа, которые не имеют полупроводника I-типа, PIN-диоды обладают улучшенными характеристиками, поскольку они более эффективны в накоплении носителей, таких как дырки и электроны.

2. Когда к PIN-диоду приложено обратное напряжение

Рисунок 2. Обратное напряжение, приложенное к PIN-диоду

С другой стороны, при приложении обратного напряжения дырки и электроны собираются на поверхностях P-типа и N-типа соответственно, а полупроводник I-типа становится диэлектриком и действует как конденсатор.

Другая информация о PIN-диодах

1. Модуляция проводимости Pin-диода

Модуляция проводимости относится к изменению сопротивления из-за потока носителей в высокоомный слой при смещении.

Слой I, зажатый между слоями P и N, состоит из элементов с четырехвалентной валентностью, таких как кремний (Si) и германий (Ge). Они называются истинными полупроводниками, потому что являются чистыми полупроводниками, не содержащими других элементов. Это изолирующие слои, в которых электроны не могут двигаться, потому что они связаны стабильными ковалентными связями с восемью электронами.

Однако при прямом смещении в PIN-диоде дырки текут из слоя P, а электроны — из слоя N, и слой I становится сильно легированным. В результате происходит модуляция проводимости, и слой I, который имел высокое сопротивление, становится низкоактивным, когда ток течет в прямом направлении.

2. Переключатели с PIN-диодами

PIN-диоды также используются в высокочастотных переключателях. В то время как механические переключатели также доступны в диапазоне низких частот, коаксиальные реле и полупроводниковые переключатели используются в диапазоне высоких частот. В последние годы они также используются в качестве переключателей MMIC миллиметрового диапазона из-за распространения систем связи LAN и бортовых радиолокационных систем.

Принцип схем переключателей PIN-диодов заключается в том, что высокочастотные сигналы выводятся во время прямого смещения и не выводятся во время обратного смещения. В линейке продукции существуют как отражательные, так и поглощающие типы. Отражательные переключатели передают высокочастотную мощность во время обратного смещения и отражают ее во время прямого смещения. Поглощающие переключатели имеют низкий коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН) и низкие потери сигнала как в режимах ВКЛ, так и ВЫКЛ.

3. Преимущества и недостатки PIN-диодных переключателей

В целом, PIN-диодные переключатели превосходны с точки зрения скорости переключения и малого размера, но у них есть недостаток в виде высокого энергопотребления.

Причиной большого энергопотребления является необходимость применения высокого смещения для минимизации вносимых потерь. Чтобы компенсировать этот недостаток, для миллиметрового диапазона волн был разработан оптический переключатель под названием MEMS (микроэлектромеханическая система), который набирает долю рынка на сегодняшнем рынке.