正因為有本征(Intrinsic)層的存在，PIN 二極管應用很廣泛，從低頻到高頻的應用都有，主要用在RF領域，用作RF 開關和RF保護電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN 二極管包括PIN光電二極管和PIN開關二極管。

　　PIN型光電二極管的結構

　　pin結二極管的基本結構有兩種，即平面的結構和臺面的結構，如圖1所示。對于Si-pin133結二極管，其中i型層的載流子濃度很低（約為10cm數量級）電阻率很高、（約為k-cm數量級），厚度W一般較厚（在10～200m之間）；i型層兩邊的p型和n型半導體的摻雜濃度通常很高（即為重摻雜）。

　　圖1 PIN二極管的兩種基本結構

　　平面結構和臺面結構的i型層都可以采用外延技術來制作，高摻雜的p+層可以采用熱擴散或者離子注入技術來獲得。平面結構二極管可以方便地采用常規的平面工藝來制作。而臺面結構二極管還需要進行臺面制作（通過腐蝕或者挖槽來實現）。臺面結構的優點是：①去掉了平面結的彎曲部分，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結的導電特性

　　pin 結就是在 pin 結的空間電荷區分別在 i 型層兩邊的界面處， 而整個的 i 型層中沒有空 間電荷，但是存在由兩邊的空間電荷所產生出來的電場——內建電場，所以 pin 結的勢壘區 就是整個的 i 型層。

　　①基本概念：

　　眾所周知，一般 p-n 結的導電（較大的正向電流以及很小的反向電流）主要是由于少數 載流子在勢壘區以外的兩邊擴散區中進行擴散所造成的；擴散區是不存在電場的電中性區。 在此實際上也就暗示著載流子渡越勢壘區的速度很快， 即忽略了存在強電場的勢壘區的阻擋 作用；當然，這種處理也只有在勢壘區較薄（小于載流子的平均自由程）時才是允許的。而 對于勢壘區厚度較大（≈載流子平均自由程）的 p-n 結，則就需要考慮載流子在渡越勢壘區 的過程中所造成的影響，這種影響主要就是將增加一定的產生-復合電流。

　　但是，對于 pin 結，雖然它的空間電荷區是在 i 型層兩頭的很薄的區域，然而其勢壘區 （存在內建電場的區域）卻是整個的 i 型層，則其勢壘區厚度必將遠遠大于載流子的平均自 由程，因此這時載流子渡越勢壘區過程中的產生-復合作用就再也不能忽略了。實際上，pin 1 結的單向導電性也正是由于載流子渡越 i 型層的特殊過程（復合與產生的過程）所造成的； 相反，i 型層兩邊的擴散區卻對于 pin 結導電性能的影響較小。總之，pin 結的導電性能與 i 型層中載流子的復合作用有很大的關系。

　　②pin 結中載流子的輸運——導電機理：

　　當 pin 結處于正偏時，勢壘高度降低，則電子和空穴分別從兩邊大量注入到本征的 i 型 層，當然這必定是“大注入”；這時就不能區分多數載流子和少數載流子了，即可以認為 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 型層中發生復合，并從而形成 較大的通過 pin 結的電流。可見，pin 結的正向電流從性質上來說，它是非平衡載流子在 i 型層中的復合電流，載流子的復合越快，電流就越大。

　　當 pin 結反偏時，勢壘中的電場增強，勢壘高度增大，則 i 型層中的載流子將進一步減 少，即使得 np<ni2，于是在 i 型層中將發生載流子的產生作用——產生出額外的電子和空穴 （非平衡載流子）；然后這些產生出的非平衡載流子被電場掃向兩邊的 p 區和 n 區，并從而 形成通過 pin 結的反向電流。可見，pin 結的反向電流從性質上來說，它也是在 i 型層中形 成的電流——產生電流；i 型層中產生載流子的作用越強，反向電流就越大。

　　總之，pin 結的導電機理不同于一般的 p-n 結。一般 p-n 結主要是由于少數載流子在兩 邊擴散區中進行擴散而導電；pin 結則主要是由于載流子在 i 型層中的復合-產生作用而導電 （兩邊擴散區中少數載流子的擴散過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

　　1. 開關時間：由于電荷的存儲效應，PIN管的通斷和斷通都需要一個過程，這個過程所需時間2. 隔離度：開關在斷開時其衰減也非無窮大，稱為隔離度3. 插入損耗：開關在導通時衰減不為零，稱為插入損耗4. 承受功率：在給定的工作條件下，微波開關能夠承受的 大輸入功率5. 電壓駐波系數：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，因而會產生諧波，PIN開關在寬帶應用場合，諧波可能落在使用頻帶內引起干擾8. 開關分類：反射式和吸收式， 吸收式開關的性能較反射式開關優良9. 控制方式：采用TTL信號控制。’1′通’0′斷PIN型光電二極管的典型應用①射頻信號的轉換（開關）：因為 pin 結二極管的射頻電阻與直流偏置電流 有關，所以它可以用作為射頻開關和衰減器。串聯射頻開關電路：當二極管正偏時，即接通（短路） ；當二極管 0 偏或者反偏 時，即可把 pin 結看作為一個電容器或者開路。

　　②射頻信號的衰減器和調制器：pin 結二極管的射頻電阻隨直流偏置電流而連續變化，因此能夠通過改變直 流偏置電流來實現衰減和調制射頻信號。 實際上， 射頻信號的轉換也就是衰減和調制的一種 特殊情況。調制頻率要受到反向恢復時間的限制；為了提高 pin 結二極管的調制頻率，就應 。 該減短 i 型層中的載流子壽命和減小串聯電阻 Rs（以增大關斷時的反向電流）③射頻相移器的選擇開關：射頻信號的相移器可以采用不同長度的傳輸線來實現， pin 結二極管能夠作為選擇這 而 些傳輸線的開關使用。

　　④射頻限幅器：pin結二極管在射頻時就好像一個純電阻——射頻電阻，但是這只有在射頻信號處于臨 界電平之下時才成立；如果在臨界電平之上時，則射頻電阻降低，pin 結二極管即類似于直 流電阻的性能。這種特性就使得 pin 結二極管可以用來保護雷達接收機（二極管采用并聯連 接） ，以避免過大的發射功率。

　　⑤大功率整流器：由于 i 型層較厚，則 pin 結二極管的擊穿電壓很高，從而它能夠承受很高的工作電壓； 同時二極管在工作時，i 型層中存在大量的兩種類型的載流子，將會產生電導調變效應，從 而正向壓降很低。所以 pin 結二極管是一種很好的大功率整流器。

　　⑥光電探測器：在 pin 結中，因為有內建電場的區域（i 型層）較寬，則使得入射光幾乎能完全被 i 型 層所吸收、和轉變為光生載流子，因而 pin 結二極管作為光電探測器使用時，可以獲得較大 的探測靈敏度。 基于同樣的理由， 結二極管也可以作為較高靈敏度的核輻射探測器使用， pin 實際上這也就是 通用的一種探測器。

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