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快恢复二极管的P-I-N结构详解

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2019-02-28 浏览:-

壹芯微作为国内专业生产快恢复二极管的生产厂家,生产技术已经是非常的成熟,进口的测试仪器,可以很好的帮组到客户朋友稳定好品质,也有专业的工程师在把控稳定质量,协助客户朋友解决一直客户自身解决不了的问题,每天会分析一些知识或者客户的一些问题,来出来分享,今天我们分享的是,快恢复二极管的P-I-N结构详解,请看下方

想要理解快恢复二极管的PIN结,那么我们就要先来了解下普通二极管的PN结。

快恢复二极管

PN结构  普通二极管一般的都是以半导体PN结为基础的。在N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。由于N区和P区交界处电下和空穴的浓度差别,造成了各区的多数载流子(多子)向另一一区移动的扩散运动,到对方区内成为少数载流子(少子),从而在界面两侧分别留下了带正,负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷被称为空间电荷。空间电荷建立的电场被称为内电场成自建电场,其方向是阻止扩散运动的,另一方面又吸引对方区内的少子(对本区而言则为多子)向本区运动,这就是所谓的漂移运动。扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾,最终达到动态平衡,正、负空间电荷量达到稳定值。形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围,被称为空间电荷区,按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。
  当PN结外加正向电压(正向偏置),即外加电压的正端接p区、负端接N区时,外加电场与PN结自建电场方向相反,使得多子的扩散运动大于少子的漂移运动,形成扩散电流,在内部造成空间电荷区变窄,而在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流,称之为正向电流IF。当外加电压升高时,自建电场将进一步被削弱,扩散电流进一步增加。这就是PN结的正向导通状态。当PN结上流过的正向电流较小时,二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻,其阻值较高且为常量,因而管压降随正向电流的上升而增加,当PN结上流过的正向电流较大时,注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大,为了维持半导体电中性条件,其多子浓度生相应大幅度增加,使得其电阻率明显下降,也就是电导率大大增加,这就是电导调制效应。电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低,维持在1V左右,所以正向偏置的PN结表现为低阻态。
  当PN结外加反向电压时(反向偏置),外加电场与PN结自建电场方向相同,使得少子的漂移运动大于多子的扩散运动。形成漂移电流,在内部造成空间电荷区变宽,而在外电路上则形成自N区流入而从P区流出的电流,称之为反向电流IR。但是少子的浓度很小,在温度一定时漂移电流的数值趋于情定,被称为反向饱和电流Is,一般仅为微安数量级,因此反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过,被称为反向截止状态。
  这就是PN结的单向导电性,二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这个主要特征。
  PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN结反向偏置为截止的工作状态,这就叫反向击穿。反向击穿按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。反向击穿发生时,只要外电路中采取了措施,将反向电流限制在一定范围内,到当反向电压降低后PN结仍可恢复原来的状态。但如果反向电流未被限制住,使得反向电流和反向电压的乘积超过了PN结容许的耗散功率,就会因热量散发不出去而导致PN结温度上升,直至过热而烧毁,这就是热击穿。
  PN结中的电荷量随外加电压而变化,呈现电容效应、称为结电容CJ.-被称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容只在外加电压变化时才起作用,外加电压频率越高,势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比,与阻挡层厚度成反比,而扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时,当正向电压较低时,势垒电容为主;正向电压较高时,扩散电容为结电容主要成分。结电容影响PN结的工作频率、特别是在高速开关的状态下,可能使其单向导电性变差,甚至不能工作,应用时应加以注意。 
  快恢复二极管的内部结构属于PIN结,即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I,构成PIN硅片。因基区很薄,反向恢复电荷很小,所以快恢复二极管的反向恢复时间较短,正向压降较低,反向击穿电压(耐压值)较高。

快恢复二极管

(1)基本结构

 因为PD的主要有源区是势垒区,所以展宽势垒区即可提高灵敏度。p-i-n结快恢复二极管实际上也就是人为地把p-n结的势垒区宽度加以扩展,即采用较宽的本征半导体(i)层来取代势垒区,而成为了p-i-n结。
  p-i-n结快恢复二极管的有效作用区主要就是存在有电场的i型层(势垒区),则产生光生载流子的有效区域增大了,扩散的影响减弱了,并且结电容也大大减小了,所以其光检测的灵敏度和响应速度都得到了很大的提高。
(2)基本设计考虑
  p-i-n结快恢复二极管中i型层的厚度d是一个重要的结构参量,从提高响应速度和灵敏度来看,要求d应该大一些;但是若d过大,则载流子在i层中漂移(速度为vd)的时间(d / vd)将增长,这反而不利,因此可根据d / vd = 调制信号周期T的一半来选取,即有d = vd T / 2。另外,为了减小表面半导体层对光的吸收作用,应该采用禁带宽度较大的窗口材料。  

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