定义
具有p–i–n半导体结构的光电二极管。
p–i–n 光电二极管，也称为PIN 光电二极管，是在 n 和 p 掺杂区域之间具有固有 （i）（即未掺杂）区域的光电二极管。 大多数光子被吸收在本征区，其中产生的载流子可以有效地贡献光电流。 在图1中，电极以黑色显示：阴极是扁平电极，而阳极具有环的形式（在所示的横截面中可以看到两个相反的部分）。 （反向）偏置电压的正极连接到阴极。 在p区域的顶部，有一个减反射涂层。
p–i–n 设计的优势
图1：p–i–n 光电二极管示意图。绿色层是防反射涂层。
普通的p-n光电二极管可能存在以下问题：
- 耗尽区的宽度可能远低于吸收长度，因此在耗尽区域内仅产生一部分生成的光载流子。 在耗尽区外产生的载流子的收集可能受到限制，导致量子效率降低。
- 即使对于那些在耗尽区之外产生的载流子，这些载流子最终扩散到耗尽区，从而有助于光电流，这种扩散也需要一些时间;这会导致脉冲响应函数出现尾部，从而限制检测带宽。
这些问题可以通过p–i–n光电二极管设计来缓解或避免。 在那里，大多数载流子是在内在区域产生的，因为它可能比p-n结构的耗尽区域厚得多。 厚固有区域的另一个影响是电容减小，从而允许更高的检测带宽。
一些p-i-n二极管由不同的半导体材料制成，其中带隙能量仅低于本征区域的光子能量，而p和n区域的带隙能量则不然。 在这种情况下，可以避免内在区域之外的任何吸收。
最快的p–i–n光电二极管的带宽远高于100 GHz。 它们的活性区域通常只有几微米的直径。 它们通常以光纤耦合形式制成，可以应用于例如光纤通信的接收器;实现的比特率可高达160 Gbit/s。
p–i–n 光电二极管的材料
一些p–i–n二极管基于硅。 它们在整个可见光谱区域和高达 ≈ 1 μm 的近红外范围内都很敏感。 在较长的波长下，吸收效率和响应度急剧下降，但该截止值的参数取决于固有区域的厚度。
对于高达 ≈ 1.7 μm 的更长波长（或具有高达 2.6 μm 的扩展光谱响应），可以使用 InGaAs p–i–n 二极管，尽管价格要高得多（特别是对于大有效区域）。 小型InGaAs光电二极管的速度非常快。
锗p–i–n二极管可能是InGaAs二极管的更便宜的替代品，但它们的响应速度要慢得多，并且表现出更大的暗电流。
