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<!DOCTYPE html>

<title>Pin-Diode</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">pin-Diode</h1>

</header>

</div>

<p>Die <b>pin-Diode</b> (<span style="font-style:normal;font-weight:normal"><a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">englisch</a></span> <span lang="en-Latn" style="font-style:italic">positive intrinsic negative diode</span>) ist ein <a href="Elektrisches_Bauelement" title="Elektrisches Bauelement">elektrisches Bauelement</a>. Der Aufbau ist ähnlich einer pn-<a href="Diode" title="Diode">Diode</a>, mit dem entscheidenden Unterschied, dass sich zwischen der p- und n-<a href="Dotierung" title="Dotierung">dotierten</a> Schicht eine zusätzliche schwach oder undotierte Schicht befindet. Diese Schicht besitzt somit lediglich <i><a href="Intrinsische_Leitf%C3%A4higkeit" title="Intrinsische Leitfähigkeit">intrinsische Leitfähigkeit</a></i> (eigenleitend) und wird daher <i>i-Schicht</i> genannt. Die p- und n-Schicht sind somit nicht in direktem Kontakt, und bei Anlegen einer Sperrspannung kommt es zur Ausbildung einer größeren <a href="Raumladungszone" title="Raumladungszone">Raumladungszone</a> als bei der klassischen pn-Diode. Da die i-Schicht nur wenige freie <a href="Ladungstr%C3%A4ger_(Physik)" title="Ladungsträger (Physik)">Ladungsträger</a> enthält, ist sie <a href="Hochohmig" title="Hochohmig">hochohmig</a>.

</p><p>Die pin-Diode wird auch <i>psn-Diode</i> (s für schwach dotiert) oder <i>Leistungsdiode</i> (auf Grund der Anwendung in der <a href="Leistungselektronik" title="Leistungselektronik">Leistungselektronik</a>) genannt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau">Aufbau</h2></div>

<p>Eine pin-Diode besteht im Wesentlichen aus einem schwach n-leitendem <a href="Silizium" class="mw-redirect" title="Silizium">Silizium</a>-Grundmaterial (<a href="Substrat_(Materialwissenschaft)" title="Substrat (Materialwissenschaft)">Substrat</a>), welches auf der einen Seite mit einer starken p- und auf der anderen Seite mit einer starken n-Dotierung versehen ist (möglich ist auch die Verwendung schwach p-dotierter Substrate, aber n-Material ist meist in höherer Reinheit erhältlich).

</p><p>Die Dotierung kann wahlfrei durch <a href="Diffusion" title="Diffusion">Diffusionsprozesse</a>, <a href="Epitaxie" title="Epitaxie">Epitaxie</a> oder <a href="Ionenimplantation" title="Ionenimplantation">Ionenimplantation</a> erreicht werden. Zur Kontaktierung werden auf beiden hochdotierten Bereichen <a href="Metall" class="mw-redirect" title="Metall">Metallschichten</a> aufgebracht, dabei entsteht ein <a href="Ohmscher_Kontakt" title="Ohmscher Kontakt">ohmscher Kontakt</a>. Als Metallisierungsmaterial findet häufig <a href="Aluminium" title="Aluminium">Aluminium</a> Verwendung.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Funktion">Funktion</h2></div>

<p>Wird die pin-Diode positiv vorgespannt, so werden von der p-Schicht <a href="Defektelektron" title="Defektelektron">Löcher</a> und von der n-Schicht <a href="Elektron" title="Elektron">Elektronen</a> in die i-Schicht injiziert. Die Lebensdauer <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \tau }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \tau }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/38a7dcde9730ef0853809fefc18d88771f95206c.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.202ex; height:1.676ex;" alt="{\displaystyle \tau }" loading="lazy"></span> der Ladungsträger ist in der undotierten i-Schicht besonders hoch (<span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \tau }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \tau }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/38a7dcde9730ef0853809fefc18d88771f95206c.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.202ex; height:1.676ex;" alt="{\displaystyle \tau }" loading="lazy"></span> ≈ 0,05…5 μs für Silizium). Daher bleibt die pin-Diode auch dann leitend, wenn nur kurze Spannungsimpulse mit einer Impulsdauer von <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle t_{\rm {P}}\ll \tau }">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle t_{\rm {P}}\ll \tau }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/77dfa7b2c64873e164ed7737bc29b0a1f40b3ff7.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:7.007ex; height:2.343ex;" alt="{\displaystyle t_{\rm {P}}\ll \tau }" loading="lazy"></span> anliegen. Betreibt man die pin-Diode in Sperrrichtung, ergibt sich zwischen der p- und der i-Zone eine an Ladungsträgern verarmte Raumladungszone. Die Tiefe <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/98f63941f3608b43dd020d9c46ddf135592ab4a7.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.227ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}" loading="lazy"></span> dieser Zone ist bei gegebener Sperrspannung <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{\mathrm {bias} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{\mathrm {bias} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/18b62935b420ca59b7fbf397a0db94063a47d1df.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:4.661ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{\mathrm {bias} }}" loading="lazy"></span> durch folgende Gleichung gegeben (siehe auch unter <a href="Pn-%C3%9Cbergang" class="mw-redirect" title="Pn-Übergang">pn-Übergang</a>):

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msqrt>

<mfrac>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

<mrow>

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<mrow>

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</mrow>

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</mrow>

</msub>

</mrow>

<mrow>

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</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mrow>

</msqrt>

</mrow>

<msqrt>

<mfrac>

<mrow>

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</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</msqrt>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle z_{\mathrm {d} }={\sqrt {{\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }U_{\mathrm {bias} }}{e}}\left({\frac {N_{\mathrm {A} }+N_{\mathrm {D} }}{N_{\mathrm {A} }N_{\mathrm {D} }}}\right)}}\approx {\sqrt {\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }U_{\mathrm {bias} }}{e\,N_{\mathrm {D} }}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/48ec4ab914110501de06b0007d65556360390a3c.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -3.171ex; width:48.757ex; height:7.676ex;" alt="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }={\sqrt {{\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }U_{\mathrm {bias} }}{e}}\left({\frac {N_{\mathrm {A} }+N_{\mathrm {D} }}{N_{\mathrm {A} }N_{\mathrm {D} }}}\right)}}\approx {\sqrt {\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }U_{\mathrm {bias} }}{e\,N_{\mathrm {D} }}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Dabei ist ε<sub>0</sub> die <a href="Elektrische_Feldkonstante" title="Elektrische Feldkonstante">elektrische Feldkonstante</a>, ε<sub>r</sub> die Dielektrizitätszahl und <i>e</i> die <a href="Elementarladung" title="Elementarladung">Elementarladung</a>. Die Näherung auf der rechten Seite gilt für den Fall der pin-Diode, da die Akzeptorkonzentration <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/a796f92785b39bbb0ddf873ec5e60a3c0fed9e6b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.331ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}" loading="lazy"></span> in der p-Dotierung sehr viel größer ist als die Donatorkonzentration <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/75c9f758521cdda250b6680df56c645f93576ddf.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.354ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}" loading="lazy"></span> in der n-Dotierung der i-Schicht (<span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/75c9f758521cdda250b6680df56c645f93576ddf.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.354ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle N_{\mathrm {D} }}" loading="lazy"></span> des Substrats liegt typischerweise bei 10<sup>12</sup>–10<sup>14</sup> cm<sup>−3</sup> und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/a796f92785b39bbb0ddf873ec5e60a3c0fed9e6b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.331ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle N_{\mathrm {A} }}" loading="lazy"></span> der p-Dotierung bei 10<sup>18</sup>–10<sup>20</sup> cm<sup>−3</sup>).

</p><p>Im Gleichstrombetrieb funktioniert die pin-Diode ähnlich wie eine normale Halbleiterdiode, nur bei Schaltvorgängen macht sich die hohe Anzahl der in der i-Schicht gespeicherten Ladungsträger bemerkbar. Für <a href="Wechselstrom" title="Wechselstrom">Wechselstrom</a> besitzt die pin-Diode bis ca. 10 MHz (abhängig von der Dicke der i-Schicht) Gleichrichtereigenschaften. Oberhalb von 10 MHz verhält sie sich wie ein <a href="Ohmscher_Widerstand" class="mw-redirect" title="Ohmscher Widerstand">ohmscher Widerstand</a>, der <a href="Reziproke_Proportionalit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Reziproke Proportionalität">umgekehrt proportional</a> zum mittleren Strom <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}}">

<msub>

<mover>

</mover>

</mrow>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/0ff920bee6439471c31e08d2712d4825183a214f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:5.614ex; height:3.676ex;" alt="{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}}" loading="lazy"></span> durch die <b>D</b>iode ist.

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

<msub>

<mover>

</mover>

</mrow>

</mrow>

</msub>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle r_{\rm {D,{pin}}}\approx {\frac {n\cdot U_{T}}{{\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f685a5d0029b378925d53c9d061b141ddad967e1.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -3.338ex; width:15.264ex; height:6.676ex;" alt="{\displaystyle r_{\rm {D,{pin}}}\approx {\frac {n\cdot U_{T}}{{\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}}}}" loading="lazy"></span>, mit der <a href="Temperaturspannung" class="mw-redirect" title="Temperaturspannung">Temperaturspannung</a>: <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{T}={\frac {k\,T}{e}}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{T}={\frac {k\,T}{e}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7f33d58036d252cf96d598672029c7abeb68ab63.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.838ex; width:10.146ex; height:5.343ex;" alt="{\displaystyle U_{T}={\frac {k\,T}{e}}}" loading="lazy"></span> und n ≈ 1…2. (Begrenzt durch den <a href="Kontaktwiderstand" title="Kontaktwiderstand">Kontaktwiderstand</a> sind minimal ca. 0,8–8 Ω erreichbar.)<sup id="cite_ref-Stiny_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-Stiny-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></dd></dl>

<p>Die Kapazität von negativ vorgespannten pin-Dioden hat eine vergleichbare funktionelle Abhängigkeit vom Volumen wie die Kapazität von <a href="Kondensator_(Elektrotechnik)" title="Kondensator (Elektrotechnik)">Plattenkondensatoren</a>, welche von der Fläche <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle A}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle A}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7daff47fa58cdfd29dc333def748ff5fa4c923e3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.743ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle A}" loading="lazy"></span> und vom Plattenabstand <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle d}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle d}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e85ff03cbe0c7341af6b982e47e9f90d235c66ab.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.216ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle d}" loading="lazy"></span> abhängt.

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle C=\varepsilon _{\mathrm {r} }\varepsilon _{0}{\frac {A}{d}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/903e5d72ddc4d2d654723f9cea5387bad479fa0f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:11.542ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle C=\varepsilon _{\mathrm {r} }\varepsilon _{0}{\frac {A}{d}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Die Fläche entspricht bei pin-Photodioden der aktiven Fläche des Detektors, und der Plattenabstand entspricht der Tiefe der Raumladungszone <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/98f63941f3608b43dd020d9c46ddf135592ab4a7.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.227ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}" loading="lazy"></span>. Bei einer vollständig verarmten pin-Photodiode entspricht <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/98f63941f3608b43dd020d9c46ddf135592ab4a7.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.227ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle z_{\mathrm {d} }}" loading="lazy"></span> näherungsweise der Chip-Dicke und bei einer Detektorfläche von 5 mm² und einer Chip-Dicke von 0,5 mm erhält man eine Kapazität von 1 pF.

</p><p>Die bei pin-Photodioden durch einfallende Strahlung messbare Spannungsänderung beträgt <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Delta U={\frac {\Delta q}{C}}}">

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Delta U={\frac {\Delta q}{C}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/5fd466cbb17593b5102084979bc9e92716ec9b94.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:10.658ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle \Delta U={\frac {\Delta q}{C}}}" loading="lazy"></span>, wobei <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Delta q}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Delta q}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6e1566066f209ca063e592e50d14daf3499c148d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.005ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \Delta q}" loading="lazy"></span> die Ladung der Elektronen bzw. Löcher ist und <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle C}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle C}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/4fc55753007cd3c18576f7933f6f089196732029.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.766ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle C}" loading="lazy"></span> die Detektorkapazität. Die von der Strahlung erzeugten Elektron-Loch-Paare werden vom elektrischen Feld getrennt, wobei die Elektronen zum positivsten und die Löcher zum negativsten Potential driften. Die Spannungsdifferenz <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Delta U}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Delta U}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/d4716a2c49bbbe155e8b399117ca78342e802cbe.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:3.718ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Delta U}" loading="lazy"></span> sollte möglichst groß sein, damit das Signal-Rausch-Verhältnis groß wird. Dazu sollte die Kapazität <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle C}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle C}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/4fc55753007cd3c18576f7933f6f089196732029.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.766ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle C}" loading="lazy"></span> möglichst klein sein, wozu man bei konventionell aufgebauten pin-Photodioden entweder die empfindliche Fläche minimiert oder die sensitive Dicke erhöht. Andererseits ist aber häufig eine möglichst große Fläche erwünscht. Diese sollte aber nicht zu groß sein, damit nicht eine extrem hohe Sperrspannung angelegt werden muss.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung">Anwendung</h2></div>

<p>pin-Dioden finden hauptsächlich in der Hochfrequenztechnik als gleichstromgesteuerte Widerstände (Dämpfungsglieder oder Amplitudenregler) oder gleichspannungsgesteuerte HF-Schalter Verwendung.<sup id="cite_ref-Stiny_1-1" class="reference"><a href="#cite_note-Stiny-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Auf Grund der vorhandenen i-Schicht erzielt man in der Leistungselektronik bei Spannungen über 1 kV ein besseres Durchlassverhalten und durch die breite Raumladungszone eine um den Faktor 5 höhere Spannungsfestigkeit als bei pn-Dioden, weshalb sie als <a href="Gleichrichter" title="Gleichrichter">Gleichrichter</a>- und <a href="Freilaufdiode" class="mw-redirect" title="Freilaufdiode">Freilaufdioden</a> für hohe Spannungen und Ströme eingesetzt werden.<sup id="cite_ref-Specovius_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-Specovius-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Als <a href="Photodiode" title="Photodiode">Photodioden</a> werden sie zur Strahlungsmessung und als Empfänger in der <a href="Lichtwellenleiter" title="Lichtwellenleiter">Lichtwellenleiter</a>(LWL)-Übertragungstechnik eingesetzt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Gleichstromgesteuerter_Widerstand">Gleichstromgesteuerter Widerstand</h3></div>

<p>Durch das Verhalten als ohmscher Widerstand bei hohen Frequenzen, also <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f\gg {\tau }^{-1}}">

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f\gg {\tau }^{-1}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/bf668ffe8eef9085523a35833a2284ecfc51680e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:8.483ex; height:3.009ex;" alt="{\displaystyle f\gg {\tau }^{-1}}" loading="lazy"></span>, kann man eine pin-Diode als <i>gleichstromgesteuerten Wechselspannungswiderstand</i> einsetzen. Dabei überlagert man den hochfrequenten Wechselstrom mit einem Gleichstrom, wodurch man den Widerstand der i-Zone steuern kann.

</p><p>In Hochfrequenzschaltungen mit <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f>{2\dots 100\,{\rm {MHz}}}\gg {\tau }^{-1}}">

</mrow>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f>{2\dots 100\,{\rm {MHz}}}\gg {\tau }^{-1}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b2b93aec97683c915c6462c7e05a3b676d7113c5.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:25.023ex; height:3.009ex;" alt="{\displaystyle f>{2\dots 100\,{\rm {MHz}}}\gg {\tau }^{-1}}" loading="lazy"></span> werden meist <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \pi }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \pi }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9be4ba0bb8df3af72e90a0535fabcc17431e540a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.332ex; height:1.676ex;" alt="{\displaystyle \pi }" loading="lazy"></span>-<a href="D%C3%A4mpfungsglied" title="Dämpfungsglied">Dämpfungsglieder</a> mit drei pin-Dioden eingesetzt. Dadurch kann man eine Signalabschwächung bei konstanter Anpassung an den Wellenwiderstand (meist 50 <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Omega }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Omega }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/24b0d5ca6f381068d756f6337c08e0af9d1eeb6f.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.678ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Omega }" loading="lazy"></span>) vornehmen.

</p><p>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 <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}=0}">

<msub>

<mover>

</mover>

</mrow>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}=0}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f9f9afa9e1aaed0f5060d07221d1ba454e504cd3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:9.875ex; height:3.676ex;" alt="{\displaystyle {\overline {I}}_{\rm {D,{pin}}}=0}" loading="lazy"></span> eine starke Sperrdämpfung entsteht.

</p>

<div class="gallerytext">Spannungsteiler für Wechselspannungen mit pin-Diode.</div>

</li>

<div class="gallerytext">Schaltung eines π-Dämpfungsglieds.</div>

</li>

</ul>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Photodiode">Photodiode</h3></div>

<p>Die pin-<a href="Photodiode" title="Photodiode">Photodiode</a> und die <a href="Avalanche-Photodiode" title="Avalanche-Photodiode">Avalanche-Photodiode</a> werden vorwiegend in der <a href="Optoelektronik" title="Optoelektronik">Optoelektronik</a> für die optische Signalübertragung in der <a href="Nachrichtentechnik" title="Nachrichtentechnik">Nachrichtentechnik</a> eingesetzt. Die pin-Photodiode stellt dabei den wichtigsten Detektor für LWL-Anwendungen dar.<sup id="cite_ref-Gustedt_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-Gustedt-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Pin-Photodioden sind aufgrund der dicken i-Schicht temperaturstabiler und kostengünstiger, aber wegen der fehlenden internen Verstärkung weniger empfindlich als die Avalanche-Photodioden. Spitzenwerte für die Empfindlichkeit für <a href="Silicium" title="Silicium">Si</a>-pin-Dioden liegen im Maximum bei 850 nm zwischen −40 <a href="Leistungspegel#dBm" title="Leistungspegel">dBm</a> (25 <a href="Bin%C3%A4rpr%C3%A4fix" title="Binärpräfix">Mi</a><a href="Bit" title="Bit">b</a> <a href="Sekunde" title="Sekunde">s</a><sup>−1</sup>) und −55 dBm (2 Mib s<sup>−1</sup>). Für <a href="Wellenl%C3%A4nge" title="Wellenlänge">Wellenlängen</a> oberhalb 1000 nm kommen Materialien wie <a href="Germanium" title="Germanium">Germanium</a> (Ge), <a href="Indiumgalliumarsenid" title="Indiumgalliumarsenid">Indiumgalliumarsenid</a> (InGaAs) und Indium-Galliumarsenid-Phosphid (InGaAsP) zum Einsatz, wobei InGaAs die größte Grenzwellenlänge von 1600 nm besitzt.<sup id="cite_ref-Gustedt_3-1" class="reference"><a href="#cite_note-Gustedt-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>In einem <a href="Position_Sensitive_Device" title="Position Sensitive Device">Position Sensitive Device</a> nutzt man den <i>lateralen <a href="Photoeffekt" class="mw-redirect" title="Photoeffekt">Photoeffekt</a></i> einer flächigen pin-Diode mit mehreren Elektroden zur Lokalisierung eines Lichtflecks auf der Diode.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li><a href="Ulrich_Tietze" title="Ulrich Tietze">Ulrich Tietze</a>, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: <i>Halbleiter-Schaltungstechnik.</i> 12. Auflage. Springer, 2002, ISBN 3-540-42849-6.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diodsw.htm"><i>Vom Dioden-Schalter zum elektronischen UKW-Antennenumschalter</i>.</a> Elektronik-Kompendium (Diode und Hochfrequenzschalter).</li>

<li>W. E. Doherty, Jr., R. D. Joos: <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r261891140">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .webarchiv-memento a{color:inherit}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20150501015456/http://ieee.li/pdf/pin_diode_handbook.pdf"><i>The PIN Diode Circuit Designers’ Handbook</i>.</a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 1. Mai 2015 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>; PDF; 1,26 MB) Microsemi, Watertown 1998 (englisch).</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-Stiny-1"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-Stiny_1-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-Stiny_1-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">L. Stiny: <cite style="font-style:italic">Handbuch aktiver elektronischer Bauelemente</cite>. Franzis’ Verlag, 2009, ISBN 978-3-7723-5116-7, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>186<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>f</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Pin-Diode&rft.au=L.+Stiny&rft.btitle=Handbuch+aktiver+elektronischer+Bauelemente&rft.date=2009&rft.genre=book&rft.isbn=9783772351167&rft.pages=186+f.&rft.pub=Franzis%E2%80%99+Verlag" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-Specovius-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Specovius_2-0">↑</a></span> <span class="reference-text">J. Specovius: <cite style="font-style:italic">Grundkurs Leistungselektronik: Bauelemente, Schaltungen und Systeme</cite>. Vieweg+Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-1307-7, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>18–29</span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://books.google.de/books?id=A1OVsxCgZMgC&pg=PA18#v=onepage">eingeschränkte Vorschau</a> in der Google-Buchsuche).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Pin-Diode&rft.au=J.+Specovius&rft.btitle=Grundkurs+Leistungselektronik%3A+Bauelemente%2C+Schaltungen+und+Systeme&rft.date=2010&rft.genre=book&rft.isbn=9783834813077&rft.pages=18-29&rft.pub=Vieweg%2BTeubner" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-Gustedt-3"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-Gustedt_3-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-Gustedt_3-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text">D. Gustedt, W. Wiesner: <cite style="font-style:italic">Fiber Optik Übertragungstechnik</cite>. Franzis’ Verlag, 1998, ISBN 978-3-7723-5634-6, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>105<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>f</span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Pin-Diode&rft.au=D.+Gustedt%2C+W.+Wiesner&rft.btitle=Fiber+Optik+%C3%9Cbertragungstechnik&rft.date=1998&rft.genre=book&rft.isbn=9783772356346&rft.pages=105f&rft.pub=Franzis%E2%80%99+Verlag" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4174704-5">4174704-5</a></span> </div>

</div></div></div><div><div class="zim-footer">

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