2 PIN 管理论概述

2。1 PIN 管基本理论

2。1。1PIN 管结构

重掺杂的 P 型材料称为 P+型材料，重掺杂的 N 型材料称为 N+型材料。不含 杂质的本征层，称为 I 层，其电阻率很高，但实际上是不存在的，高电阻率的 P 型材料被称为 型材料，高电阻率的 N 型材料被称为 v 型材料，实际 PIN 管由掺 杂浓度很高（电阻率很低）的 P 区和 N 区以及在两者之间夹着的一层几乎不含 杂质（电阻率极高）的 P 区或 N 区三部分构成，分别构成 P N 管与 PvN 管，I 区类型只影响 PN 结分布，对 PIN 管的电特性无特别影响[10]。PIN 二极管的结构 以及耗尽层电荷分布如图 2。1 所示。论文网

图 2。1 PIN 二极管结构及耗尽层电荷分布

2。1。2PIN 管特性

（一） PIN 管直流偏置特性

在零偏置状态下，半导体中的多数载流子，即 P 型半导体中的空穴、N 型半 导体中的电子分别向对方区域扩散形成 PN 结。PN 结产生了结电位，阻碍了空 穴与电子的进一步扩散，同时也激励了半导体中的少数载流子，即 P 型半导体中 的电子、N 型半导体中的空穴的漂移运动。此时，扩散与漂移运动处于动态平衡

PIN 管正偏时，外电场削弱了 PN 结电场从而增强了扩散运动，使得扩散电 流大于漂移电流，PIN 管呈现低阻状态，其等效电路如图 2。2 所示。 是正向偏 置电流 的函数。取决于封装的几何特性，如金属管脚的长度、直径。

正向偏置的 PIN 二极管是受电流控制的电阻。与 的关系如下：

其中=，W=I 区宽度， =正向偏置电流，=少子寿命，=电子迁移率，=

空穴迁移率。

这个等式对于频率大于 I 区渡越频率的情况下适用，即 f > 1300/ W2（f 的单 位为 MHz，W 的单位为）。

图 2。2 正向偏置 PIN 管等效电路

PIN 管反偏时，外电场增强了 PN 结电场，减少了扩散运动，增强了漂移运 动，使得漂移电流大于扩散电流，从而形成了反向电流。但由于少子可利用浓度 低，反向电流很小，表现出高阻特性，其等效电路如图 2。3 所示，由电容 、并

联电阻和寄生电感组成。

图 2。3 反向偏置 PIN 管等效电路

第 6 页 本科毕业设计说明书

Ct = A / W （2。3）

此等式[13]对于频率大于 I 区介电弛豫频率的情况适用，即 f > 1 / 2 。其中

硅的介电常数，=二极管结面积，W=I 区宽度，=硅的电阻率。

在 0 V 时最大，当反向偏置电压增大时它减小到一个固定的值。

（二） PIN 管交流特性

低频时，类似普通 PN 结，PIN 管的单向导电性使其对信号具有整流作用。 高频时，当信号由负半周期变为正半周期，载流子持续注入 I 区，但载流子 扩散速度不够快，以致无法在高频信号变为负半周期之前越过 I 区，故并没有真 正导通；当信号由正半周期变为负半周期，载流子不再注入 I 区，由于复合作用， 正负载流子逐步减少，但载流子一旦注入 I 区，就将在 I 区存在 0。1~10 微秒的时 间，即使是这个时间的下限（0。1 微秒）也比信号（譬如说 1GHz 的信号）的半 个周期（0。0005 微秒）长得多[10]，故正负载流子还没有全部复合，信号已由负 变正，此时 I 区并没有真正截止。结合上述两个事实，可知 PIN 管的 I 区电导率 不会随高频信号而改变。因而，高频段下，PIN 管不能作为整流检波元器件来使