PIN-Diode
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Vorlage:DISPLAYTITLE:pin-DiodeDie pin-Diode (engl. positive intrinsic negative diode) ist ein elektronisches Bauelement, das ähnlich wie eine pn-Diode aufgebaut ist. Im Unterschied zu dieser befindet sich die p-dotierte Schicht nicht in direktem Kontakt zur n-dotierten Schicht, sondern es liegt eine schwach dotierte oder undotierte i-Schicht dazwischen. Das „i“ steht hierbei für intrinsisch, also eigenleitend. Da sie aber nur wenige freie Ladungsträger enthält, ist sie hochohmig.
Die PIN-Diode wird auch PSN-Diode (s für schwach dotiert) oder Leistungsdiode (auf Grund der hohen Leistungswerte, bei denen sie leitend wird) genannt.
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[bearbeiten] Funktion
Bei pin-Dioden ist die Lebensdauer der Ladungsträger (Elektronen) mit <math>\tau \approx {{0{,}1} \dots 5 \, {\rm \mu s}}</math> in der undotierten i-Schicht besonders hoch. Daher bleibt die pin-Diode auch dann leitend, wenn nur kurze Spannungsimpulse mit einer Impulsdauer von <math>t_{\rm P} \ll \tau</math> anliegen. In diesem Zustand verhält sich eine pin-Diode wie ein Ohmscher Widerstand, der proportional zum mittleren Strom <math>{\overline{I}}_{\rm D,{pin}}</math> ist.
<math>r_{\rm D,{pin}} \approx \frac{n \cdot U_T}{{\overline{I}}_{\rm D,{pin}}} </math>
In Durchlassrichtung funktioniert die pin-Diode dabei ähnlich wie eine normale Halbleiterdiode. Betreibt man die Diode in Sperrrichtung, ergibt sich in der p- und der i-Zone eine unterschiedlich breite Raumladungszone (RLZ). Durch die breite RLZ in der i-Zone sind diese Dioden für hohe Sperrspannungen geeignet.
[bearbeiten] Anwendung
pin-Dioden werden hauptsächlich in der Hochfrequenzanwendung als gleichstromgesteuerter Widerstand, als Gleichrichter, oder als Halbleiterdetektoren (Fotodioden) zur Strahlungsmessung und als Empfänger an Lichtwellenleitern (LWL) eingesetzt.
[bearbeiten] Gleichstromgesteuerter Widerstand
Durch das Verhalten als ohmscher Widerstand bei hohen Frequenzen, also <math>f \gg {\tau}^{-1}</math>, kann man eine pin-Diode als gleichstromgesteuerten Wechselspannungswiderstand einsetzen. Dabei überlagert man den hochfrequenten Wechselstrom mit einem Gleichstrom, wodurch man den Widerstand der i-Zone steuern kann.
In Hochfrequenzschaltungen mit <math>f > {2 \dots 100 \, {\rm MHz}} \gg {\tau}^{-1}</math> werden meist <math>\pi</math>-Dämpfungsglieder mit drei pin-Dioden eingesetzt. Dadurch kann man eine Anpassung an den Wellenwiderstand (meist 50 <math>\Omega</math>) vornehmen.
Zudem haben pin-Dioden aufgrund der relativ dicken i-Zone eine geringe Sperrschichtkapazität. Dadurch kann man diese, mit der Schaltung des π-Dämpfungsgliedes im Kurzschluss-Serien-Kurzschluss-Betrieb, auch als Hochfrequenzschalter einsetzen, wobei bei <math>{\overline{I}}_{\rm D,{pin}} = 0</math> eine starke Sperrdämpfung entsteht.
[bearbeiten] Fotodiode
Die pin-Diode und die Lawinenphotodiode werden in der Optoelektronik für die optische Nachrichtentechnik für Lichtwellenleiter als Fotodioden verwendet. Je nach Anwendungszweck wird eine der beiden eingesetzt. pin-Dioden sind hierbei aufgrund der dicken i-Schicht temperaturstabiler und kostengünstiger aber weniger empfindlich als die Lawinenphotodioden, da in dieser mehr Ladungsträger gespeichert werden können. Spitzenwerte für die Empfindlichkeit liegen zwischen −40 dBm (25 Mib s−1) und bei −55 dBm (2 Mib s−1) bei 850 nm Wellenlänge.
In einem Position Sensitive Device nutzt man den lateralen Photoeffekt einer flächige pin-Diode mit mehreren Elektroden zur Lokalisierung eines Lichtflecks auf der Diode.
[bearbeiten] Literatur
- Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer 2002, 12. Auflage, ISBN 3540428496
[bearbeiten] Weblinks
- Elektronik-Kompendium zum Thema Diode und Hochfrequenzschalter
- PIN-Diode-Handbuch (pdf, englisch)en:PIN diode
es:Diodo PIN fr:Diode PIN it:Diodo PIN pl:Dioda PIN tr:Pin Diyot
