Зазначені недоліки фотодіода на основі p-n переходу усуваються в фото-
диодах, де між p- і n-області розташований i -шар з власної проводімо-
стю. Товщина цього шару вибирається досить великий W >> L p з тим, щоб
поглинання світла відбувалося в цій області. Оскільки в i-шар вільні носи
ки відсутні, при зворотному зміщенні p-n переходу вся прикладена напряже-
ня буде падати на i-шар. Фотогенерованих носії в i-шар будуть разделять-
ся в сильному електричному полі і фотоотклік таких діодів буде швидким. На малюнку 11.11 приведена конструкція і енергетична діаграма, що ілюструє принцип роботи p-i-n фотодіодів.
Мал. 11.11. Принцип роботи р-i- n фотодіода:
а - поперечний розріз діода; б - зонна діаграма в умовах зворотного зсуву; в - розподіл інтенсивності випромінювання
Структура pin-фотодіода спроектована так, щоб уникнути недоліків фотодіода pn-типу. Але всі основні принципи реєстрації зберігаються.
Малюнок 5.5 Конструкція pin-фотодіода.
Введення шару власного напівпровідника між p і n шарами примесного напівпровідника дозволяє істотно збільшить розмір області просторового заряду.
Малюнок 5.6 Принцип дії pin-фотодіода.
В i-шарі вільні носії практично відсутні і силові лінії електричного поля початківці з донорів в n-області без екранування проходять через i-шар і закінчуються на акцептором p-області.
Ширина i-шару складає зазвичай 500-700мкм. На відміну ж від i-зони, леговані шари зроблені дуже тонкими. Всі разом це зроблено для того, щоб все оптичне випромінювання поглиналося в i-шарі і скорочувався час перенесення зарядів з i - зони в леговані області.
В результаті падаючі фотони збуджують струм у зовнішньому контурі більш ефективно і з меншим запізненням. Носії, що утворюють всередині збідненого зони, миттєво зсуваються в сильному електричному полі до відповідно p- і n- областей діода. Квантова ефективність таких діодів зазвичай дорівнює 80%. Для діодів сконструйованих для застосування в оптоволоконних лініях ємність переходу дорівнює 0,2 pF, при робочої поверхні діода 200 mm.
Отже, основна перевага pin-фотодіода полягає в високих швидкостях перемикання, так як поглинання випромінювання відбувається в i-шарі, де за рахунок дрейфового перенесення високі швидкості для носіїв заряду.
Іншою перевагою є висока квантова ефективність, оскільки товщина i-шару зазвичай більше зворотного коефіцієнта поглинання і все фотони поглинаються в i-шарі.
Використання гетеропереходов для pin-фотодіодів дозволяє уникнути поглинання світла в базі фотодіода.