Diodo PIN

Definición: El diodo en el que la capa intrínseca de alta resistividad se intercala entre las regiones P y N del material semiconductor, este tipo de diodo se conoce como diodo PIN. La capa de alta resistividad de la región intrínseca proporciona el gran campo eléctrico entre las regiones P y N. El campo eléctrico induce debido al movimiento de los huecos y los electrones. La dirección del campo eléctrico es de la región n a la región p.

El alto campo eléctrico genera los grandes pares de huecos de electrones debido a los cuales el diodo procesa incluso las señales pequeñas. El diodo PIN es un tipo de fotodetector utilizado para convertir la energía luminosa en energía eléctrica.

La capa intrínseca entre las regiones de tipo P y N aumenta la distancia entre ellas. El ancho de la región es inversamente proporcional a su capacitancia. Si la separación entre la región P y N aumenta, su capacitancia disminuye. Esta característica del diodo aumenta su tiempo de respuesta y hace que el diodo sea adecuado para trabajos como aplicaciones de microondas.

Símbolo de diodo PIN

La representación simbólica del diodo PIN se muestra en la siguiente figura. El ánodo y el cátodo son los dos terminales del diodo PIN. El ánodo es el terminal positivo y el cátodo representan sus terminales negativos.

Estructura del diodo PIN

El diodo consta de la región P y la región N, que está separada por el material semiconductor intrínseco. En la región P, el hueco es el portador de carga mayoritario, mientras que en la región n, el electrón es el portador de carga mayoritario. La región intrínseca no tiene portador de carga libre. Actúa como aislante entre n y la región de tipo p. La región i tiene una alta resistencia que obstruye el flujo de electrones para pasar a través de ella.

Funcionamiento del diodo PIN

El funcionamiento del diodo PIN es similar al diodo ordinario. Cuando el diodo no está polarizado, su portador de carga se difundirá. La palabra difusión significa que los portadores de carga de la región de agotamiento intentan moverse a su región. El proceso de difusión continúa hasta que las cargas se equilibran en la región de agotamiento.

Deje que las capas N e I formen la región de agotamiento. La difusión del hueco y el electrón a través de la región genera la capa de empobrecimiento a lo largo de la región NI. La fina capa de agotamiento induce a través de la región n, y la gruesa región de agotamiento de polaridad opuesta induce a través de la región I.

Diodo PIN con polarización directa

Cuando el diodo se mantiene polarizado directamente, las cargas se inyectan continuamente en la región I desde las regiones P y N. Esto reduce la resistencia directa del diodo y se comporta como una resistencia variable.

El portador de carga que ingresa desde la región P y N a la región i no se combina inmediatamente en la región intrínseca. La cantidad finita de carga almacenada en la región intrínseca disminuye su resistividad.

Considere Q como la cantidad de carga almacenada en la región de agotamiento. El τ será el tiempo empleado para la recombinación de las cargas. La cantidad de cargas almacenadas en la región intrínseca depende de su tiempo de recombinación. La corriente directa comienza a fluir hacia la región I.

Donde, IF – corriente directa
τ- tiempo de recombinación

La resistencia (Rs) de la corriente con polarización directa es inversamente proporcional a la carga Q almacenada en la región intrínseca.

Donde, w – región de ancho
μ – movilidad de electrones
μ0 – movilidad del agujero

De la ecuación (1) y (2), obtenemos

La ecuación anterior muestra que la resistencia de la región intrínseca depende del ancho de la región.

Diodo PIN con polarización inversa

Cuando se aplica el voltaje inverso a través del diodo, aumenta el ancho de la región de agotamiento. El grosor de la región aumenta hasta que todo el portador de carga móvil de la región I desaparece. El voltaje inverso requerido para eliminar el portador de carga completo de la región I se conoce como voltaje de barrido.

En polarización inversa, el diodo se comporta como un capacitor. La región P y N actúa como las placas positiva y negativa del capacitor, y la región intrínseca es el aislante entre las placas.

Donde, A – diodo de unión
w – espesor de la región intrínseca

La frecuencia más baja a la que comienza el efecto se expresa como

Donde, ε – constante dieléctrica de silicio

Aplicaciones de diodo PIN

• Rectificador de alto voltaje – Se utiliza como rectificador de alta tensión. El diodo tiene una gran región intrínseca entre la región N y P que puede tolerar el alto voltaje inverso.
• Foto-detector – El diodo PIN se utiliza para convertir la energía luminosa en energía eléctrica. El diodo tiene una gran región de agotamiento que mejora su rendimiento al aumentar el volumen de conversión de luz.

El diodo PIN es el más adecuado para aplicaciones de bajo voltaje.

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