
pin结二极管的基本结构有两种,即平面的结构和台面的结构,如图1所示。对于Si-pin133结二极管,其中i型层的载流子浓度很低(约为10cm数量级)电阻率很高、(约为k-cm数量级),厚度W一般较厚(在10~200m之间);i型层两边的p型和n型半导体的掺杂浓度通常很高(即为重掺杂)。
平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作,高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作(通过腐蚀或者挖槽来实现)。台面结构的优点是:①去掉了平面结的弯曲部分,改善了表面击穿电压;②减小了边缘电容和电感,有利于提高工作频率。
pin 结就是在 pin 结的空间电荷区分别在 i 型层两边的界面处, 而整个的 i 型层中没有空 间电荷,但是存在由两边的空间电荷所产生出来的电场——内建电场,所以 pin 结的势垒区 就是整个的 i 型层。
①基本概念:
众所周知,一般 p-n 结的导电(较大的正向电流以及很小的反向电流)主要是由于少数 载流子在势垒区以外的两边扩散区中进行扩散所造成的;扩散区是不存在电场的电中性区。 在此实际上也就暗示着载流子渡越势垒区的速度很快, 即忽略了存在强电场的势垒区的阻挡 作用;当然,这种处理也只有在势垒区较薄(小于载流子的平均自由程)时才是允许的。而 对于势垒区厚度较大(≈载流子平均自由程)的 p-n 结,则就需要考虑载流子在渡越势垒区 的过程中所造成的影响,这种影响主要就是将增加一定的产生-复合电流。
但是,对于 pin 结,虽然它的空间电荷区是在 i 型层两头的很薄的区域,然而其势垒区 (存在内建电场的区域)却是整个的 i 型层,则其势垒区厚度必将远远大于载流子的平均自 由程,因此这时载流子渡越势垒区过程中的产生-复合作用就再也不能忽略了。实际上,pin 1 结的单向导电性也正是由于载流子渡越 i 型层的特殊过程(复合与产生的过程)所造成的; 相反,i 型层两边的扩散区却对于 pin 结导电性能的影响较小。总之,pin 结的导电性能与 i 型层中载流子的复合作用有很大的关系。
②pin 结中载流子的输运——导电机理: