雖然具有簡單 PN 結的二極管是迄今為止最常見的二極管類型，但在各種應用中，也可以使用其他形式的二極管。PIN 二極管是一種用于多種電路的二極管。在許多地方都使用這種二極管類型。對于射頻開關，PIN 二極管非常精細，光電二極管中的 PIN 結構也非常有用。今天這篇文章主要講解什么是PIN二極管、PIN二極管的結構、PIN二極管的工作原理、PIN二極管的特性、PIN二極管的用途及優點。

一、什么是PIN二極管？

PIN二極管于 1952 年首次用作低頻、高功率整流器。在各種微波應用中也使用了它，但直到 1960 年左右，它在此應用中的使用才變得更加廣泛。PIN 二極管進一步用作光電探測器（光電探測器或光電二極管），其形式特別適合光吸收。

將高電阻率本征層夾在半導體材料P區和N區之間的二極管，這種類型的二極管被稱為PIN二極管。P 區和 N 區之間的寬電場提供了本征區的高電阻層。電場是由電子和空穴的通過引起的。電場的路徑是從n區到p區。

高電場會產生成對的大電子空穴，因此即使是很小的信號也能被二極管解釋。PIN二極管是一種光電探測器，用于將光能轉化為電能。

它們之間的距離因 P 型區和 N 型區之間的本征層而擴大。該區域的直徑與其電容成反比。如果它們的電容隨著 P 和 N 面積之間的間隔增加而減小。該二極管功能增加了反應時間，使該二極管非常適合微波應用等操作。

二、PIN二極管的結構

二極管由 P 區和 N 區組成，由本征半導體材料分隔開。空穴是P區的主要載流子，而電子是n區的主要載流子。不存在本征場的自由載流子。在 n 和 p 型區之間，它充當絕緣體。i 區具有高電阻，阻礙電子流通過它。

PIN二極管

PIN 二極管的符號表示如下圖所示。PIN二極管的兩個端子是陽極和陰極。陽極是正極端子，負極端子是陰極。

PIN 二極管符號

PIN 二極管的名稱來源于它具有三個初級層。PIN 二極管有三層，而不是只有 P 型層和 N 型層：

*P型層

*本征層

*N型層

與標準 PN 結二極管相比，PIN 二極管的本征層提供了特性變化。本征區域由未摻雜或幾乎未摻雜的半導體組成，在大多數PIN 二極管中非常小- 在 10 至 200 微米范圍內。

可以使用兩種主要結構，但圖中可以看到稱為平面結構的一種。從圖中可以看出，本征層比按比例繪制時要大得多。這樣做是為了幫助解釋整體 PIN 二極管結構。

PIN二極管通常由硅制成，這是 20 世紀 80 年代砷化鎵開始使用之前主要使用的半導體材料。

三、PIN二極管的工作原理

PIN 二極管的功能與普通二極管相同。當二極管不偏不倚時，它們的電荷載流子會分散。擴散一詞表明耗盡區的電荷載流子想要移動到其區域。擴散機制持續直至耗盡區中的電荷達到平衡。

讓 N 層和 I 層建立耗盡區。空穴和電子在該區域的擴散導致整個 NI 區域出現耗盡層。薄耗盡層在 n 區上產生相反的極性，而厚耗盡區在 I 區上產生相反的極性。

1.正向偏置PIN二極管

當二極管正向偏置時，電荷不斷地從 P 區和 N 區泵入 I 區。這降低了二極管的正向電阻，并且充當矢量電阻。

從 P 區和 N 區連接到 i 區的電荷載流子不會自動集成到本征區中。在本征場中，沉積的有限數量的電荷降低了它們的電阻率。

將 Q 視為耗盡區域中沉積的電荷量。用于電荷重組的周期是相同的。根據它們的復合時間，沉積在本征區的電荷量會發生變化。正向電流繼續流入 I 區域。

其中，IF——正向電流

τ-復合時間

傳播偏置電流的電阻 (Rs) 與本征區中積累的 Q 電荷成反比。

其中，w——區域寬度

μ——電子遷移率

μ0——空穴遷移率

由式(1)和式(2)可得

上式表明固有區域的電阻取決于該區域的距離。

2.反偏PIN二極管

當在二極管上施加反向電壓時，耗盡區的寬度會增加。該區域的厚度不斷增加，直至被整個I區移動充電載體掃除。從 I 區去除完整電荷載流子所需的反向電壓稱為掃描電壓。

二極管的行為類似于反向偏置的電容器。P區和N區充當電容器的正極板和負極板，板之間的絕緣體是本征區。

其中，A——結型二極管

w – 本征區域厚度

效應開始出現的最小頻率表示為

式中，ε——硅介電常數

四、PIN二極管的特性

PIN二極管位于P型和N型區域之間的本征層使其具有高反向擊穿電壓和低電容頻率等特性，并且當其正向偏置時，還具有載流子存儲等其他特性，使其可用于某些微波應用。

觀察到耗盡層在低反向偏壓水平下完全耗盡。PIN 二極管電容如果完全耗盡，則與偏置程度無關，因為本征層沒有凈電荷。然而，電容頻率通常低于其他類型的二極管，這確保了通過二極管的 RF 信號泄漏較低。

兩種形式的載流子都被插入到本征層中，并在 PIN 二極管正向偏置時合并。正是這種機制有助于電流通過薄片。

當用于高頻信號時，二極管表現為電阻器而不是非線性單元，這不會導致整流或失真，這是 PIN 二極管特別有用的功能。其電阻由施加的直流偏壓控制。這樣，該系統可以用作強大的射頻開關或可變電阻器，其產生的失真比普通 PN 結二極管小得多。

五、PIN二極管的用途及優點

由于其結構表現出某些具有特殊價值的特性，PIN 二極管被廣泛應用于各個領域。

高壓整流器：作為高壓整流器，可以使用PIN二極管。PN 區和 N 區之間的區別由本征區決定，因此可以承受更高的反向電壓。

RF 開關：PIN 二極管使 RF 開關變得完美。它們之間的距離因 P 區和 N 區之間的本征層而增加。這也減少了它們之間的電容，從而增加了二極管反向偏置時的分離度。

光電探測器：在光電二極管的耗盡區中，當光轉換為電流時，通過添加本征層來增加耗盡區，從而通過增加光轉換量來增加輸出。

以上就是什么是PIN二極管、PIN二極管的結構、PIN二極管的工作原理、PIN二極管的特性、PIN二極管的用途及優點全部內容，希望這篇文章對您有所幫助，如果您需要采購PIN二極管，請與我們客服聯系，客服微信：13310830171。我們將為您提供選型指導、國產替代、樣品測試、技術支持和解決方案。