पिन डायोड के सिद्धांत और अनुप्रयोग क्या हैं? (भाग ---- पहला )

एक पिन फोटोडायोडएक अर्धचालक उपकरण है जिसमें एक पिन जंक्शन होता है जो एक ऑप्टिकल सिग्नल को विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है जो प्रकाश बदलते ही बदल जाता है। इसका उद्देश्य सामान्य पीडी की कमी है, संरचना में सुधार हुआ है, और संवेदनशीलता सामान्य पीएन जंक्शन फोटोडायोड की तुलना में अधिक है, और इसमें एकल-दिशा चालन की विशेषताएं हैं।

1. पिन डायोड का सिद्धांत और संरचना

सामान्य डायोड पीएन जंक्शन बनाने के लिए सीधे एन-प्रकार की अशुद्धता डोप्ड अर्धचालक सामग्री और पी-प्रकार अशुद्धता डोप्ड अर्धचालक सामग्री से बना है। पिन डायोड का उद्देश्य पी-प्रकार अर्धचालक सामग्री और एन-प्रकार अर्धचालक सामग्री के बीच कम-डोपिंग आंतरिक अर्धचालक की एक पतली परत जोड़ना है।

पिन डायोड का संरचना आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है क्योंकि आंतरिक अर्धचालक माध्यम के समान है, यह पीएन जंक्शन कैपेसिटर के दो इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी बढ़ाने के बराबर है, ताकि जंक्शन कैपेसिटर छोटा हो जाए। दूसरे, पी-टाइप सेमीकंडक्टर और एन-टाइप सेमीकंडक्टर में कमी परत की चौड़ाई रिवर्स वोल्टेज की वृद्धि के साथ चौड़ी हो जाती है, और जंक्शन कैपेसिटेंस भी रिवर्स बायस की वृद्धि के साथ छोटा होता है। परत I के अस्तित्व के कारण, और P क्षेत्र आम तौर पर बहुत पतला होता है, आपतित फोटॉन केवल परत I में अवशोषित किया जा सकता है, और रिवर्स पूर्वाग्रह मुख्य रूप से क्षेत्र I में केंद्रित होता है, जिससे एक उच्च विद्युत क्षेत्र क्षेत्र बनता है, और फोटोजेनरेटेड वाहक क्षेत्र में I मजबूत विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत तेजी लाता है, इसलिए वाहक पारगमन समय स्थिरांक कम हो जाता है, जिससे फोटोडायोड की आवृत्ति प्रतिक्रिया में सुधार होता है। साथ ही, परत I की शुरूआत कमी क्षेत्र को बढ़ाती है और फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के प्रभावी कार्य क्षेत्र को व्यापक बनाती है, जिससे संवेदनशीलता में सुधार होता है।

पिन डायोड की दो बुनियादी संरचनाएं हैं, अर्थात्, विमान की संरचना और मेसा की संरचना, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। सी-पिन 133 जंक्शन डायोड के लिए, परत I की वाहक सांद्रता बहुत कम है (लगभग 10 सेमी क्रम) परिमाण की), प्रतिरोधकता बहुत अधिक है (परिमाण के लगभग k-सेमी क्रम), और मोटाई W आम तौर पर मोटी है (10 और 200 मीटर के बीच); I परत के दोनों ओर पी-प्रकार और एन-प्रकार अर्धचालकों की डोपिंग सांद्रता आमतौर पर बहुत अधिक होती है।

प्लेनर और मेसा दोनों संरचनाओं की I परतें एपिटैक्सी तकनीक द्वारा निर्मित की जा सकती हैं, और अत्यधिक डोप्ड पी प्लस परतें थर्मल डिफ्यूजन या आयन इम्प्लांटेशन तकनीक द्वारा प्राप्त की जा सकती हैं। प्लेनर डायोड को पारंपरिक प्लेनर प्रक्रियाओं द्वारा आसानी से निर्मित किया जा सकता है। मेसा संरचना डायोड को भी निर्मित करने की आवश्यकता है (नक़्क़ाशी या ग्रूविंग द्वारा)। मेसा संरचना के लाभ हैं:

① समतल जंक्शन का झुकने वाला हिस्सा हटा दिया जाता है, और सतह ब्रेकडाउन वोल्टेज में सुधार किया जाता है;

②एज कैपेसिटेंस और इंडक्शन कम हो जाते हैं, जो ऑपरेटिंग आवृत्ति में सुधार के लिए अनुकूल है।

2. विभिन्न पूर्वाग्रहों के तहत पिन डायोड कार्यशील स्थिति

①सकारात्मक नीचे की ओर बहाव

जब पिन डायोड को आगे वोल्टेज के साथ लगाया जाता है, तो पी क्षेत्र और एन क्षेत्र में कई मोल्स को I क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाएगा और I क्षेत्र में पुनः संयोजित किया जाएगा। जब इंजेक्शन वाहक और यौगिक वाहक बराबर होते हैं, तो धारा I संतुलन पर पहुंच जाती है। बड़ी संख्या में वाहकों के संचय के कारण आंतरिक परत में कम प्रतिरोध होता है, इसलिए जब पिन डायोड आगे-पक्षपाती होता है, तो इसमें कम प्रतिरोध विशेषता होती है। आगे का पूर्वाग्रह जितना अधिक होगा, I परत में प्रवाहित धारा उतनी ही अधिक होगी, और I परत में अधिक वाहक होंगे, जिससे इसका प्रतिरोध छोटा हो जाएगा। चित्र 3 सकारात्मक पूर्वाग्रह के तहत समतुल्य सर्किट आरेख है, और यह देखा जा सकता है कि यह 0.1Ω और 10Ω के बीच प्रतिरोध मान वाले एक छोटे प्रतिरोध के बराबर है।

② शून्य विचलन

जब पिन डायोड के दोनों सिरों पर कोई वोल्टेज लागू नहीं किया जाता है, क्योंकि वास्तविक I परत में थोड़ी मात्रा में P-प्रकार की अशुद्धियाँ होती हैं, IN इंटरफ़ेस पर, I क्षेत्र में छेद N क्षेत्र में फैल जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन एन क्षेत्र I क्षेत्र तक फैल जाता है, और फिर एक अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र बनाता है। क्योंकि ज़ोन I में अशुद्धता सांद्रता ज़ोन N की तुलना में बहुत कम है, अधिकांश कमी क्षेत्र लगभग ज़ोन I में है। PI इंटरफ़ेस पर, सांद्रता अंतर के कारण (P क्षेत्र में छिद्र सांद्रता तुलना में बहुत बड़ी है) I क्षेत्र में), प्रसार गति भी घटित होगी, लेकिन इसका प्रभाव IN इंटरफ़ेस की तुलना में बहुत छोटा है और इसे अनदेखा किया जा सकता है। इसलिए, शून्य पूर्वाग्रह पर, पिन डायोड I क्षेत्र में कमी क्षेत्र के अस्तित्व के कारण एक उच्च प्रतिरोध स्थिति प्रस्तुत करता है।

③ नीचे की ओर झुकाव को उल्टा करें

रिवर्स बायस शून्य बायस के समान है, सिवाय इसके कि अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र को मजबूत किया जाता है, और इसका प्रभाव आईएन जंक्शन के अंतरिक्ष चार्ज क्षेत्र को मुख्य रूप से आई क्षेत्र की ओर चौड़ा करना है। इस समय, पिन डायोड प्रतिरोध प्लस कैपेसिटेंस के बराबर हो सकता है, प्रतिरोध शेष आंतरिक क्षेत्र प्रतिरोध है, और कैपेसिटेंस कमी क्षेत्र की बाधा कैपेसिटेंस है। चित्र 4 रिवर्स बायस के तहत पिन डायोड का समतुल्य सर्किट आरेख है, और यह देखा जा सकता है कि प्रतिरोध सीमा 1Ω और 100Ω के बीच है, और कैपेसिटेंस रेंज 0.1pF और 10 PF के बीच है। जब रिवर्स बायस बहुत बड़ा होता है, जिससे कमी क्षेत्र पूरे I ज़ोन को भर देता है, तो I ज़ोन में प्रवेश हो जाएगा, और पिन ट्यूब सामान्य रूप से काम नहीं करेगी।

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