قانون (دوبل جریان) در بایاسینگ پین دیود (pin diode)

 _ بخش پین دیود (pin diode)  

قانون (دوبل جریان) در بایاسینگ پین دیود (pin diode)

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

 

دیود PIN نوع خاصی از دیود است که از سه لایه نیمه‌ هادی مختلف ساخته شده است. این دیود با قرار دادن یک لایه نیمه‌ هادی ذاتی (I) بین لایه‌ های (نیمه‌ هادی نوع P و نوع N) ساخته می‌ شود. از این رو به آن دیود PIN می‌ گویند.لایه ذاتی میانی یک کریستال نیمه‌ هادی بدون آلایش از جنس سیلیکون یا ژرمانیوم است. این لایه مقاومت بالایی دارد و قابلیت تحمل ولتاژ بالا را ارائه می‌ دهد و همچنین پهنای پیوند را برای کاهش ظرفیت خازنی خود افزایش می‌ دهد. بنابراین دیود PIN سرعت سوئیچینگ بالایی دارد. یکی دیگر از قابلیت‌ های ناحیه ذاتی این است که حساس به نور است و جریان الکتریکی را از نور تولید می‌ کند.در بایاس مستقیم، آند یا ناحیه P به قطب مثبت و کاتد یا ناحیه N به قطب منفی باتری متصل می‌ شود. پتانسیل اعمال شده ، یک میدان الکتریکی در سراسر سد ایجاد می‌ کند به طوری که حفره‌ ها و الکترون‌ ها را به سمت محل اتصال هل می‌ دهد. این امر باعث کاهش عرض محل اتصال می‌ شود. حفره‌ ها و الکترون‌ ها با هم ترکیب می‌ شوند و منجر به عبور جریان می‌ شوند. عبور جریان، مقاومت دیود را کاهش می‌ دهد و در نتیجه آن را به یک مقاومت متغیر در بایاس مستقیم تبدیل می‌ کند.

در ساختار پین دیود از آنجایی که لایه ذاتی عرض پیوند را افزایش می‌ دهد، برای افزایش غلظت حامل‌ها در پیوند مورد نیاز برای عبور جریان، به یک میدان الکتریکی بزرگ نیاز است. این میدان الکتریکی بالا به افزایش سرعت حامل‌ های بار در طول دیود کمک می‌ کند. این امر سرعت سوئیچینگ دستگاه را افزایش می‌ دهد و آن را برای کاربرد های فرکانس بالا مناسب می‌ سازد.رسانایی دیود PIN با افزایش ولتاژ اعمالی به دلیل افزایش تزریق حامل‌ های بار به محل اتصال، افزایش می‌ یابد. بنابراین، در بایاس مستقیم به عنوان یک مقاومت متغیر عمل می‌ کند.

در بایاس معکوس (پین دیود) از آنجایی که هیچ حاملی در لایه ذاتی وجود ندارد، حامل‌های بار نمی‌توانند از آن عبور کنند و جریان عبوری از دیود را مسدود می‌کنند. بار بین دو لایه نیمه‌هادی P و N که به عنوان صفحات خازن عمل می‌کنند و لایه I به عنوان دی‌الکتریک ذخیره می‌شود. بنابراین، در بایاس معکوس، دیود PIN به عنوان یک خازن عمل می‌کند. که در آن ظرفیت اتصال توسط رابطه زیر داده می‌شود.

در فرآیند بایاس معکوس (پین دیود) عملکرد دیود PIN تقریباً مشابه دیود PN معمولی است، به جز یک لایه میانی اضافی. این لایه ذاتی میانی، فاصله بین لایه نوع P و نوع N را افزایش می‌دهد و در نتیجه پهنای پیوند را افزایش می‌دهد.تحت شرایط بدون بایاس، هیچ پتانسیلی به دیود اعمال نمی‌ شود. ناحیه P دارای حفره‌ هایی به عنوان حامل‌ های اکثریت است در حالی که ناحیه N دارای الکترون‌ هایی به عنوان حامل‌ های اکثریت است. در این ناحیه، ناحیه ذاتی میانی عاری از حامل است یا تعداد الکترون‌ ها و حفره‌ ها برابر است. بنابراین، به عنوان یک لایه عایق بین آنها عمل می‌ کند. بنابراین، نه حفره‌ ها و نه الکترون‌ ها از سد عبور نمی‌ کنند.

• پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

• دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک