PIN型二极管

PIN 型二极管是一种二极管，在 p 型半导体和 n 型半导体区域之间有一个宽的、未掺杂的本征半导体区域。 p 型和 n 型区域通常是重掺杂的，因为它们用于欧姆接触。

宽本征区与普通 p-n 二极管形成对比。 较宽的本征区域使 PIN 型二极管成为劣质整流器（二极管的一个典型功能），但它适用于衰减器、快速开关、光电探测器和高压电力电子应用。

PIN 型二极管在所谓的高级别注入下运行。 换句话说，本征 i 区充满了来自 p 区和 n 区的载流子。 它的作用可以比喻为装满侧面有孔的水桶。 一旦水达到洞的水平面，它就会开始倒出。 类似地，一旦被淹没的电子和空穴达到平衡点，二极管就会传导电流，此时电子数量等于本征区中的空穴数量。

当二极管正向偏置时，注入的载流子浓度通常比本征载流子浓度高几个数量级。 由于这种高水平注入，而这又是由于耗尽过程，电场深入（几乎整个长度）延伸到该区域。 该电场有助于加速电荷载流子从 P 区到 N 区的传输，从而加快二极管的运行速度，使其成为适合高频运行的器件。

PIN 型二极管遵循低频信号的标准二极管方程。 在更高的频率下，二极管看起来像一个近乎完美的（非常线性，即使对于大信号）电阻器。 P-I-N 二极管在较厚的本征区中漂移着相对较大的存储电荷。 在足够低的频率下，存储的电荷可以被完全扫描并且二极管关闭。 在较高频率下，没有足够的时间从漂移区清除电荷，因此二极管永远不会关闭。 从二极管结清除存储电荷所需的时间是其反向恢复时间，在 PIN 型二极管中相对较长。 对于给定的半导体材料、导通阻抗和最小可用射频频率，反向恢复时间是固定的。 这个属性可以被利用； 一种 P-I-N 二极管，即步进恢复二极管，利用反向恢复结束时的突然阻抗变化来创建窄脉冲波形，可用于高倍频倍频。

高频电阻与通过二极管的直流偏置电流成反比。 适当偏置的 PIN 型二极管因此充当可变电阻器。 此高频电阻可能会在很宽的范围内变化。

宽本征区还意味着二极管在反向偏置时将具有低电容。

在 PIN 型二极管中，耗尽区几乎完全存在于本征区内。 该耗尽区比 PN 二极管中的大得多，并且大小几乎恒定，与施加到二极管的反向偏压无关。 这增加了入射光子可以产生电子空穴对的体积。 一些光电探测器设备，例如 PIN 光电二极管和光电晶体管（其中基极-集电极结为 PIN 型二极管），在其结构中使用 PIN 结。

二极管设计有一些设计权衡。 增加本征区的面积会增加其存储的电荷，从而降低其 RF 导通电阻，同时还会增加反向偏置电容并增加在固定开关时间内移除电荷所需的驱动电流，而不会影响扫描所需的最短时间 来自 I 区域的电荷。 增加本征区的厚度会增加总存储电荷，降低最小射频频率并降低反向偏置电容，但不会降低正向偏置射频电阻并增加扫描漂移电荷所需的最短时间 以及从低射频电阻到高射频电阻的过渡。 二极管在商业上以各种几何形状出售，用于特定的 RF 频段和用途。

PIN 型二极管可用作射频开关、衰减器、光电探测器和移相器。

在零偏压或反向偏压（关闭状态）下，PIN 型二极管具有低电容。 低电容不会传递大部分射频信号。 在1mA的正向偏置（导通状态）下，典型的PIN型二极管的射频电阻约为1欧姆，是射频的良导体。 因此，PIN 型二极管是一个很好的 RF 开关。

虽然 RF 继电器可以用作开关，但它们的开关速度相对较慢（大约为 10 毫秒）。