PN結(jié)與PIN結(jié)的區(qū)別及PIN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)-KIA MOS管

PIN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)

在電子技術(shù)領(lǐng)域中，二極管作為一種常見的電子元件，扮演著重要的角色。普通的二極管由PN結(jié)組成。

在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層，組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN二極管，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開關(guān)二極管。

因?yàn)镻D的主要有源區(qū)是勢(shì)壘區(qū)，所以展寬勢(shì)壘區(qū)即可提高靈敏度。p-i-n結(jié)快恢復(fù)二極管實(shí)際上也就是人為地把p-n結(jié)的勢(shì)壘區(qū)寬度加以擴(kuò)展，即采用較寬的本征半導(dǎo)體（i）層來取代勢(shì)壘區(qū)，而成為了p-i-n結(jié)。

p-i-n結(jié)快恢復(fù)二極管的有效作用區(qū)主要就是存在有電場(chǎng)的i型層（勢(shì)壘區(qū)），則產(chǎn)生光生載流子的有效區(qū)域增大了，擴(kuò)散的影響減弱了，并且結(jié)電容也大大減小了，所以其光檢測(cè)的靈敏度和響應(yīng)速度都得到了很大的提高。

因?yàn)镻IN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關(guān)和衰減器。串聯(lián)射頻開關(guān)電路：當(dāng)二極管正偏時(shí)，即接通（短路）；當(dāng)二極管零偏或者反偏時(shí)，不僅開關(guān)的最高工作頻率會(huì)受到限制，最低工作頻率也會(huì)受到限制，如PIN管就不能控制直流或低頻信號(hào)的通斷。受管子截止頻率的影響,開關(guān)還有一個(gè)上限工作頻率。要求開關(guān)的頻帶盡量寬，因?yàn)樾盘?hào)源的頻帶越來越寬。

PN結(jié)與PIN結(jié)的區(qū)別

pn結(jié)和pin結(jié)是兩種最基本的器件結(jié)構(gòu)，也是兩種重要的二極管。從結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理上來說，它們有許多共同點(diǎn)，但是也存在不少的差異。

相同點(diǎn)：

（1）都存在空間電荷區(qū)和勢(shì)壘區(qū)，則都有勢(shì)壘電容；

（2）都具有單向?qū)щ娦院拖鄳?yīng)的整流作用，則都可用作為二極管；

（3）在高的反向電壓下，都有可能發(fā)生絕緣擊穿的現(xiàn)象，因此都存在有最高工作電壓的限制；

（4）都具有感光作用，可以作為光電二極管和光電池等光電子器件。

不同點(diǎn)：

（1）空間電荷區(qū)：

pn結(jié)的空間電荷區(qū)就是界面附近的區(qū)域，其中存在較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，使得載流子往往被驅(qū)趕出去了，故一般可近似為耗盡層。

pin結(jié)的空間電荷區(qū)是在i型層（本征層）兩邊的界面附近處，則有兩個(gè)空間電荷區(qū)（即p-i和n-i兩個(gè)界面的空間電荷區(qū)），一個(gè)空間電荷區(qū)包含有正電荷，另一個(gè)空間電荷區(qū)包含有負(fù)電荷，這些空間電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)——內(nèi)建電場(chǎng)的電力線就穿過i型層。

（2）勢(shì)壘區(qū)：

pn結(jié)中阻擋載流子運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，即存在內(nèi)建電場(chǎng)的區(qū)域就是勢(shì)壘區(qū)；pn結(jié)的勢(shì)壘區(qū)也就是空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)與勢(shì)壘區(qū)是一致的。

但是pin結(jié)中存在內(nèi)建電場(chǎng)的區(qū)域是整個(gè)i型層加上兩邊的空間電荷區(qū)，因此勢(shì)壘區(qū)很寬（主要就是i型層的厚度），這時(shí)勢(shì)壘區(qū)與空間電荷區(qū)并不完全一致（勢(shì)壘厚度遠(yuǎn)大于空間電荷區(qū)）。

（3）勢(shì)壘電容：

pn結(jié)的勢(shì)壘電容也就是空間電荷區(qū)的電容，而空間電荷區(qū)的厚度與外加電壓有關(guān)，則勢(shì)壘電容是一種非線性電容；并且pn結(jié)的勢(shì)壘電容也與兩邊半導(dǎo)體的摻雜濃度和溫度有關(guān)（摻雜濃度越大，或者溫度越高，勢(shì)壘厚度就越小，則電容也就越大）。

但是pin結(jié)的勢(shì)壘電容基本上就是i型層的電容，因此該勢(shì)壘電容是一種線性電容；并且pin結(jié)的勢(shì)壘電容與兩邊半導(dǎo)體的摻雜濃度和溫度基本上沒有什么關(guān)系。由于i型層較厚，則pin結(jié)的勢(shì)壘電容很小，因此可用作為微波二極管。

（4）導(dǎo)電機(jī)理：

pn結(jié)的電流主要是注入到勢(shì)壘區(qū)兩邊擴(kuò)散區(qū)中少數(shù)載流子的擴(kuò)散電流，這就意味著：通過pn結(jié)的電流是少數(shù)載流子擴(kuò)散電流，并且少數(shù)載流子的擴(kuò)散是在勢(shì)壘區(qū)以外的擴(kuò)散區(qū)中進(jìn)行的。而勢(shì)壘區(qū)的影響只是其中復(fù)合中心提供少量的復(fù)合-產(chǎn)生電流（只在低電壓時(shí)起重要作用）。

但是pin結(jié)的電流主要是較寬的勢(shì)壘區(qū)（～i型層）中的復(fù)合電流。因此在通過的電流的性質(zhì)上，與一般pn結(jié)的大不相同。雖然它們的伏安特性基本上都是指數(shù)式上升的曲線關(guān)系，但是上升的速度卻有一定的差別，pin結(jié)的正向伏安特性曲線上升得稍慢一點(diǎn)。

（5）工作電壓：

pn結(jié)的勢(shì)壘厚度一般較薄，并且電場(chǎng)在pn結(jié)界面處最大，則容易發(fā)生雪崩擊穿，從而承受的反向電壓有限。

但是pin結(jié)的勢(shì)壘厚度很大（～i型層），并且電場(chǎng)在i型層中的分布基本上是均勻的，則不容易發(fā)生雪崩擊穿，能夠承受很大的反向電壓，從而pin結(jié)二極管可用作為高電壓大功率器件。

（6）感光（探測(cè)）靈敏度：

作為光電子器件（光電二極管、紅外探測(cè)器、太陽電池等）使用時(shí)，感光（探測(cè)）靈敏度主要決定于勢(shì)壘區(qū)的寬度。

pn結(jié)因?yàn)閯?shì)壘厚度較薄，則感光靈敏度較小。

但是pin結(jié)由于它的勢(shì)壘厚度很大（～i型層），則能夠吸收大量的光子、并轉(zhuǎn)換為載流子——光生載流子，所以感光和探測(cè)輻射的靈敏度很高。

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