PN結與PIN結的區別及PIN結二極管結構-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-07-26
在電子技術領域中，二極管作為一種常見的電子元件，扮演著重要的角色。普通的二極管由PN結組成。
在P和N半導體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導體層，組成的這種P-I-N結構的二極管就是PIN二極管，正因為有本征(Intrinsic)層的存在，PIN二極管應用很廣泛，從低頻到高頻的應用都有，主要用在RF領域，用作RF開關和RF保護電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN二極管包括PIN光電二極管和PIN開關二極管。
因為PD的主要有源區是勢壘區，所以展寬勢壘區即可提高靈敏度。p-i-n結快恢復二極管實際上也就是人為地把p-n結的勢壘區寬度加以擴展，即采用較寬的本征半導體（i）層來取代勢壘區，而成為了p-i-n結。
p-i-n結快恢復二極管的有效作用區主要就是存在有電場的i型層（勢壘區），則產生光生載流子的有效區域增大了，擴散的影響減弱了，并且結電容也大大減小了，所以其光檢測的靈敏度和響應速度都得到了很大的提高。
因為PIN二極管的射頻電阻與直流偏置電流有關，所以它可以用作為射頻開關和衰減器。串聯射頻開關電路：當二極管正偏時，即接通（短路）；當二極管零偏或者反偏時，不僅開關的最高工作頻率會受到限制，最低工作頻率也會受到限制，如PIN管就不能控制直流或低頻信號的通斷。受管子截止頻率的影響,開關還有一個上限工作頻率。要求開關的頻帶盡量寬，因為信號源的頻帶越來越寬。
pn結和pin結是兩種最基本的器件結構，也是兩種重要的二極管。從結構和導電機理上來說，它們有許多共同點，但是也存在不少的差異。
相同點：
（1）都存在空間電荷區和勢壘區，則都有勢壘電容；
（2）都具有單向導電性和相應的整流作用，則都可用作為二極管；
（3）在高的反向電壓下，都有可能發生絕緣擊穿的現象，因此都存在有最高工作電壓的限制；
（4）都具有感光作用，可以作為光電二極管和光電池等光電子器件。
不同點：
（1）空間電荷區：
pn結的空間電荷區就是界面附近的區域，其中存在較強的內建電場，使得載流子往往被驅趕出去了，故一般可近似為耗盡層。
pin結的空間電荷區是在i型層（本征層）兩邊的界面附近處，則有兩個空間電荷區（即p-i和n-i兩個界面的空間電荷區），一個空間電荷區包含有正電荷，另一個空間電荷區包含有負電荷，這些空間電荷所產生的電場——內建電場的電力線就穿過i型層。
（2）勢壘區：
pn結中阻擋載流子運動的區域，即存在內建電場的區域就是勢壘區；pn結的勢壘區也就是空間電荷區，即空間電荷區與勢壘區是一致的。
但是pin結中存在內建電場的區域是整個i型層加上兩邊的空間電荷區，因此勢壘區很寬（主要就是i型層的厚度），這時勢壘區與空間電荷區并不完全一致（勢壘厚度遠大于空間電荷區）。
（3）勢壘電容：
pn結的勢壘電容也就是空間電荷區的電容，而空間電荷區的厚度與外加電壓有關，則勢壘電容是一種非線性電容；并且pn結的勢壘電容也與兩邊半導體的摻雜濃度和溫度有關（摻雜濃度越大，或者溫度越高，勢壘厚度就越小，則電容也就越大）。
但是pin結的勢壘電容基本上就是i型層的電容，因此該勢壘電容是一種線性電容；并且pin結的勢壘電容與兩邊半導體的摻雜濃度和溫度基本上沒有什么關系。由于i型層較厚，則pin結的勢壘電容很小，因此可用作為微波二極管。
（4）導電機理：
pn結的電流主要是注入到勢壘區兩邊擴散區中少數載流子的擴散電流，這就意味著：通過pn結的電流是少數載流子擴散電流，并且少數載流子的擴散是在勢壘區以外的擴散區中進行的。而勢壘區的影響只是其中復合中心提供少量的復合-產生電流（只在低電壓時起重要作用）。
但是pin結的電流主要是較寬的勢壘區（～i型層）中的復合電流。因此在通過的電流的性質上，與一般pn結的大不相同。雖然它們的伏安特性基本上都是指數式上升的曲線關系，但是上升的速度卻有一定的差別，pin結的正向伏安特性曲線上升得稍慢一點。
（5）工作電壓：
pn結的勢壘厚度一般較薄，并且電場在pn結界面處最大，則容易發生雪崩擊穿，從而承受的反向電壓有限。
但是pin結的勢壘厚度很大（～i型層），并且電場在i型層中的分布基本上是均勻的，則不容易發生雪崩擊穿，能夠承受很大的反向電壓，從而pin結二極管可用作為高電壓大功率器件。
（6）感光（探測）靈敏度：
作為光電子器件（光電二極管、紅外探測器、太陽電池等）使用時，感光（探測）靈敏度主要決定于勢壘區的寬度。
pn結因為勢壘厚度較薄，則感光靈敏度較小。
但是pin結由于它的勢壘厚度很大（～i型層），則能夠吸收大量的光子、并轉換為載流子——光生載流子，所以感光和探測輻射的靈敏度很高。
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