正因?yàn)橛斜菊?Intrinsic)層的存在，PIN 二極管應(yīng)用很廣泛，從低頻到高頻的應(yīng)用都有，主要用在RF領(lǐng)域，用作RF 開(kāi)關(guān)和RF保護(hù)電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN 二極管包括PIN光電二極管和PIN開(kāi)關(guān)二極管。

　　PIN型光電二極管的結(jié)構(gòu)

　　pin結(jié)二極管的基本結(jié)構(gòu)有兩種，即平面的結(jié)構(gòu)和臺(tái)面的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。對(duì)于Si-pin133結(jié)二極管，其中i型層的載流子濃度很低（約為10cm數(shù)量級(jí)）電阻率很高、（約為k-cm數(shù)量級(jí)），厚度W一般較厚（在10～200m之間）；i型層兩邊的p型和n型半導(dǎo)體的摻雜濃度通常很高（即為重?fù)诫s）。

　　圖1 PIN二極管的兩種基本結(jié)構(gòu)

　　平面結(jié)構(gòu)和臺(tái)面結(jié)構(gòu)的i型層都可以采用外延技術(shù)來(lái)制作，高摻雜的p+層可以采用熱擴(kuò)散或者離子注入技術(shù)來(lái)獲得。平面結(jié)構(gòu)二極管可以方便地采用常規(guī)的平面工藝來(lái)制作。而臺(tái)面結(jié)構(gòu)二極管還需要進(jìn)行臺(tái)面制作（通過(guò)腐蝕或者挖槽來(lái)實(shí)現(xiàn)）。臺(tái)面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：①去掉了平面結(jié)的彎曲部分，改善了表面擊穿電壓；②減小了邊緣電容和電感，有利于提高工作頻率。

　　PIN結(jié)的導(dǎo)電特性

　　pin 結(jié)就是在 pin 結(jié)的空間電荷區(qū)分別在 i 型層兩邊的界面處， 而整個(gè)的 i 型層中沒(méi)有空 間電荷，但是存在由兩邊的空間電荷所產(chǎn)生出來(lái)的電場(chǎng)——內(nèi)建電場(chǎng)，所以 pin 結(jié)的勢(shì)壘區(qū) 就是整個(gè)的 i 型層。

　　①基本概念：

　　眾所周知，一般 p-n 結(jié)的導(dǎo)電（較大的正向電流以及很小的反向電流）主要是由于少數(shù) 載流子在勢(shì)壘區(qū)以外的兩邊擴(kuò)散區(qū)中進(jìn)行擴(kuò)散所造成的；擴(kuò)散區(qū)是不存在電場(chǎng)的電中性區(qū)。 在此實(shí)際上也就暗示著載流子渡越勢(shì)壘區(qū)的速度很快， 即忽略了存在強(qiáng)電場(chǎng)的勢(shì)壘區(qū)的阻擋 作用；當(dāng)然，這種處理也只有在勢(shì)壘區(qū)較薄（小于載流子的平均自由程）時(shí)才是允許的。而 對(duì)于勢(shì)壘區(qū)厚度較大（≈載流子平均自由程）的 p-n 結(jié)，則就需要考慮載流子在渡越勢(shì)壘區(qū) 的過(guò)程中所造成的影響，這種影響主要就是將增加一定的產(chǎn)生-復(fù)合電流。

　　但是，對(duì)于 pin 結(jié)，雖然它的空間電荷區(qū)是在 i 型層兩頭的很薄的區(qū)域，然而其勢(shì)壘區(qū) （存在內(nèi)建電場(chǎng)的區(qū)域）卻是整個(gè)的 i 型層，則其勢(shì)壘區(qū)厚度必將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于載流子的平均自 由程，因此這時(shí)載流子渡越勢(shì)壘區(qū)過(guò)程中的產(chǎn)生-復(fù)合作用就再也不能忽略了。實(shí)際上，pin 1 結(jié)的單向?qū)щ娦砸舱怯捎谳d流子渡越 i 型層的特殊過(guò)程（復(fù)合與產(chǎn)生的過(guò)程）所造成的； 相反，i 型層兩邊的擴(kuò)散區(qū)卻對(duì)于 pin 結(jié)導(dǎo)電性能的影響較小。總之，pin 結(jié)的導(dǎo)電性能與 i 型層中載流子的復(fù)合作用有很大的關(guān)系。

　　②pin 結(jié)中載流子的輸運(yùn)——導(dǎo)電機(jī)理：

　　當(dāng) pin 結(jié)處于正偏時(shí)，勢(shì)壘高度降低，則電子和空穴分別從兩邊大量注入到本征的 i 型 層，當(dāng)然這必定是“大注入”；這時(shí)就不能區(qū)分多數(shù)載流子和少數(shù)載流子了，即可以認(rèn)為 i 型層中的電子濃度等于空穴濃度（n=p），并且均勻分布。在 i 型層中，由于 這種注入，即使得 np>ni2，于是注入的這些電子和空穴將在 i 型層中發(fā)生復(fù)合，并從而形成 較大的通過(guò) pin 結(jié)的電流。可見(jiàn)，pin 結(jié)的正向電流從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它是非平衡載流子在 i 型層中的復(fù)合電流，載流子的復(fù)合越快，電流就越大。

　　當(dāng) pin 結(jié)反偏時(shí)，勢(shì)壘中的電場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘高度增大，則 i 型層中的載流子將進(jìn)一步減 少，即使得 np<ni2，于是在 i 型層中將發(fā)生載流子的產(chǎn)生作用——產(chǎn)生出額外的電子和空穴 （非平衡載流子）；然后這些產(chǎn)生出的非平衡載流子被電場(chǎng)掃向兩邊的 p 區(qū)和 n 區(qū)，并從而 形成通過(guò) pin 結(jié)的反向電流。可見(jiàn)，pin 結(jié)的反向電流從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它也是在 i 型層中形 成的電流——產(chǎn)生電流；i 型層中產(chǎn)生載流子的作用越強(qiáng)，反向電流就越大。

　　總之，pin 結(jié)的導(dǎo)電機(jī)理不同于一般的 p-n 結(jié)。一般 p-n 結(jié)主要是由于少數(shù)載流子在兩 邊擴(kuò)散區(qū)中進(jìn)行擴(kuò)散而導(dǎo)電；pin 結(jié)則主要是由于載流子在 i 型層中的復(fù)合-產(chǎn)生作用而導(dǎo)電 （兩邊擴(kuò)散區(qū)中少數(shù)載流子的擴(kuò)散過(guò)程則由于其濃度梯度很小而可以忽略）。

　　PIN型光電二極管的主要參數(shù)

　　1. 開(kāi)關(guān)時(shí)間：由于電荷的存儲(chǔ)效應(yīng)，PIN管的通斷和斷通都需要一個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程所需時(shí)間2. 隔離度：開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)其衰減也非無(wú)窮大，稱(chēng)為隔離度3. 插入損耗：開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通時(shí)衰減不為零，稱(chēng)為插入損耗4. 承受功率：在給定的工作條件下，微波開(kāi)關(guān)能夠承受的 大輸入功率5. 電壓駐波系數(shù)：僅反映端口輸入，輸出匹配情況6. 視頻泄漏7. 諧波：PIN二極管也具有非線性，因而會(huì)產(chǎn)生諧波，PIN開(kāi)關(guān)在寬帶應(yīng)用場(chǎng)合，諧波可能落在使用頻帶內(nèi)引起干擾8. 開(kāi)關(guān)分類(lèi)：反射式和吸收式， 吸收式開(kāi)關(guān)的性能較反射式開(kāi)關(guān)優(yōu)良9. 控制方式：采用TTL信號(hào)控制。’1′通’0′斷PIN型光電二極管的典型應(yīng)用①射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換（開(kāi)關(guān)）：因?yàn)?pin 結(jié)二極管的射頻電阻與直流偏置電流 有關(guān)，所以它可以用作為射頻開(kāi)關(guān)和衰減器。串聯(lián)射頻開(kāi)關(guān)電路：當(dāng)二極管正偏時(shí)，即接通（短路） ；當(dāng)二極管 0 偏或者反偏 時(shí)，即可把 pin 結(jié)看作為一個(gè)電容器或者開(kāi)路。

　　②射頻信號(hào)的衰減器和調(diào)制器：pin 結(jié)二極管的射頻電阻隨直流偏置電流而連續(xù)變化，因此能夠通過(guò)改變直 流偏置電流來(lái)實(shí)現(xiàn)衰減和調(diào)制射頻信號(hào)。 實(shí)際上， 射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換也就是衰減和調(diào)制的一種 特殊情況。調(diào)制頻率要受到反向恢復(fù)時(shí)間的限制；為了提高 pin 結(jié)二極管的調(diào)制頻率，就應(yīng) 。 該減短 i 型層中的載流子壽命和減小串聯(lián)電阻 Rs（以增大關(guān)斷時(shí)的反向電流）③射頻相移器的選擇開(kāi)關(guān)：射頻信號(hào)的相移器可以采用不同長(zhǎng)度的傳輸線來(lái)實(shí)現(xiàn)， pin 結(jié)二極管能夠作為選擇這 而 些傳輸線的開(kāi)關(guān)使用。

　　④射頻限幅器：pin結(jié)二極管在射頻時(shí)就好像一個(gè)純電阻——射頻電阻，但是這只有在射頻信號(hào)處于臨 界電平之下時(shí)才成立；如果在臨界電平之上時(shí)，則射頻電阻降低，pin 結(jié)二極管即類(lèi)似于直 流電阻的性能。這種特性就使得 pin 結(jié)二極管可以用來(lái)保護(hù)雷達(dá)接收機(jī)（二極管采用并聯(lián)連 接） ，以避免過(guò)大的發(fā)射功率。

　　⑤大功率整流器：由于 i 型層較厚，則 pin 結(jié)二極管的擊穿電壓很高，從而它能夠承受很高的工作電壓； 同時(shí)二極管在工作時(shí)，i 型層中存在大量的兩種類(lèi)型的載流子，將會(huì)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)變效應(yīng)，從 而正向壓降很低。所以 pin 結(jié)二極管是一種很好的大功率整流器。

　　⑥光電探測(cè)器：在 pin 結(jié)中，因?yàn)橛袃?nèi)建電場(chǎng)的區(qū)域（i 型層）較寬，則使得入射光幾乎能完全被 i 型 層所吸收、和轉(zhuǎn)變?yōu)楣馍d流子，因而 pin 結(jié)二極管作為光電探測(cè)器使用時(shí)，可以獲得較大 的探測(cè)靈敏度。 基于同樣的理由， 結(jié)二極管也可以作為較高靈敏度的核輻射探測(cè)器使用， pin 實(shí)際上這也就是 通用的一種探測(cè)器。

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