pinフォトダイオードとは？初心者でもわかる基本解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

pinフォトダイオードとは？

pinフォトダイオードは 光を電気信号に変える半導体素子 で、通信機器や測定機器でよく使われます。名称の PIN は P型領域と i 層と N型領域の順に積み重ねた構造を表しており P型領域 と N型領域 の間に薄い i層が挟まれています。

構造としくみ

PINダイオードの中央には i層と呼ばれる内部純度の高い層がありこの層があることで電気的な容量を抑えつつ光を受け取ったときの信号を大きくします。光子が i 層を通過すると電子と正孔が生成され、それらは外部回路へと流れる電流として現れます。PN接合だけのダイオードと比べて 帯域幅が広く、高いリスポンスを得やすいのが特徴です。

特徴と利点

PINフォトダイオードの主な特徴は以下の通りです。

<th>特性

説明
高いリスポンス	光の変化を速く電流に変換できる
低い容量	i層の厚さを調整して帯域を広げられる
低い暗電流	光が無いときのノイズが小さい
安定性と耐久性	温度変化に強いモデルが多い

ただし 高出力を狙う場合はノイズや温度変化の影響に注意が必要で、回路設計や適切なバイアス電圧の選択が重要です。

用途と選び方のポイント

PINフォトダイオードは光ファイバ通信機器や測定器・医療機器・レーザー関連の装置など幅広い場所で使われています。適切な製品を選ぶためのポイントは次のとおりです。

選択のポイント

帯域幅とリスポンスのバランスを確認します。

感度と暗電流のレベルをチェックします。

動作温度範囲やパッケージ形状を考慮します。

まとめ

pinフォトダイオードは 光を素早く検出する能力が高く、通信や測定の分野で欠かせないデバイスです。構造の特徴である i層がノイズを抑えつつ信号を増幅する役割を果たします。適切なパラメータ選択と回路設計を行えば、非常に高い精度で光信号を電気信号へ変換できます。

pinフォトダイオードの同意語

PINフォトダイオード: 光を検出する受光素子の一種で、P型・I型・N型の三層構造（P‑I‑N構造）をもちます。入射光を電流信号へ変換する受光素子として広く用いられ、感度と応答速度のバランスが特徴です。
PIN型フォトダイオード: PINフォトダイオードの別稱で、同じくP‑I‑N構造の光検出素子を指します。
P-I-Nダイオード: P・I（intrinsic）・Nの三層構造を持つダイオードで、光検出用途にも使われます。PINフォトダイオードの正式名称の一つです。
PINダイオード: 三層構造のダイオードで、光検出用途にも使用されることがある表現。PINフォトダイオードの別名として使われることが多いです。
ピンフォトダイオード: 読み方の表記ゆれ。意味はPINフォトダイオードと同じです。
PI-Nフォトダイオード: 表記ゆれの一つ。PINフォトダイオードと同義で、光検出用の三層構造を指します。
PIN光検出ダイオード: 光を検出する目的のダイオードで、PIN構造を持つフォトダイオードを指す別称です。
PIN受光素子: 受光用デバイスとしての総称で、PINダイオードを指す別表現として使われることがあります。
PIN型光検出ダイオード: PIN構造を持つ光検出用ダイオードの別称。

pinフォトダイオードの対義語・反対語

光を発するデバイス（LED・レーザーダイオード）: PINフォトダイオードは光を受けて検出する受光デバイス。対になるイメージとして“光を発するデバイス”を挙げると理解しやすい。LEDやレーザーダイオードが代表例。
PNフォトダイオード: PINフォトダイオードとは異なる構造のフォトダイオード。対義語的に挙げると、PINとPNの違いを覚えやすくなります。
発光素子: 光を発する性質を持つ素子。PINフォトダイオードの反対の機能で、LEDやレーザーダイオードなどが該当。
光源デバイス: 光を放出するデバイスの総称。LED、レーザーダイオードなど、光を出す用途のデバイスを指します。

pinフォトダイオードの共起語

i層: PIN構造の中心となる intrinsic layer（不純物がほとんどない純度の高い半導体層）です。ここで光が吸収され、電子と正孔が生成されることで光電流の主な源となります。
逆バイアス: 外部電源で電圧を反対方向に印加する操作のこと。 depletion regionを拡大して容量を低減し、応答速度を速める効果があります。
暗電流: 何も光が当たっていない状態で流れる微小な電流のこと。温度に敏感で、低温側で小さく抑えると感度が向上します。
光電流: 吸収された光子によって生成された電子と正孔が流れる電流のこと。光の強度に比例することが多いです。
応答速度: 光信号をどれだけ速く検出し、信号として出力できるかの指標。PINは通常高速応答が得られます。
感度: 検出器がどれだけ光を検知できるかの指標。光入力1に対する出力の大きさで表されます。
レスポンシビリティ: 光入力（W）あたりの出力電流（A）を表す指標。単位はA/Wで表され、高いほど微弱光の検出に有利です。
外部量子効率: 入射した光子1個あたり、デバイスが回収して電荷に変換できる割合のこと。高いほど検出効率が良いです。
量子効率: 内部・外部を問わず、光子が実際に電荷へ変換される割合の総称。波長依存性にも注目します。
波長特性: どの波長の光をどれだけ検出できるかを示す特性。材料の吸収特性とi層厚さが影響します。
スペクトル応答: 波長別の感度の分布。特定の波長で高感度になるよう設計されることが多いです。
キャパシタンス: デバイスが蓄える電荷の容量。容量が小さいほど高速応答が可能ですが設計上のトレードオフがあります。
ノイズ: 検出信号に混入する雑音全般の総称。暗電流由来のノイズやショットノイズなどがあります。
ダークノイズ: 暗電流に起因するノイズ成分のこと。温度や電気雑音の影響を受けやすいです。
SNR: 信号対雑音比。高いほど信号がはっきりと識別しやすくなります。
受光面積: 光を受け取るセンサの有効な面積。大きいほど光の取り込みは増えますが容量や応答にも影響します。
P-N接合: P型半導体とN型半導体の界面。PIN構造ではこの接合の両側にドーピングされ、i層が挟まれます。
PIN構造: P層 - i層 - N層を直列に積層した基本的なフォトダイオードの設計。光の吸収と電荷分離を効率化します。
光検出器: 光を電気信号へ変換するデバイスの総称。PINフォトダイオードは一つの代表例です。
光通信用途: ファイバ通信の受信部として広く用いられるなど、光信号を電気信号へ変換する場面での主要素子です。
温度依存性: 温度の変化によって暗電流や感度、応答速度が変化する性質のこと。安定動作の設計要素になります。
反射防止膜: 受光効率を上げるための表面コーティング。反射を抑えて光の吸収を増やします。

pinフォトダイオードの関連用語

PINフォトダイオード: p-i-n構造を持つフォトダイオードで、p層・i層（intrinsic層）・n層から成る。逆バイアス時に空乏層が広がり、光を吸収してキャリアを生み出す高速・高感度な検出素子です。
PINダイオード: p-i-n構造を採用するダイオードの総称。フォトダイオードとして用いられることが多く、非光検出用途にも使われます。
フォトダイオード: 光を受けて電流を発生させる半導体素子の総称。光検出の基本素子として広く利用されます。
光検出器: 光信号を電気信号に変換するデバイスの総称。フォトダイオードのほか、フォトトランジスタなども含みます。
受光素子: 光を受けて信号に変換する素子の総称。フォトダイオードは代表的な受光素子のひとつです。
i層: intrinsic層の略。ドーピングを受けていない半導体層で、PIN構造の光吸収・キャリア生成を担います。
空乏層: depletion layer。p層とn層の接合部に形成される自由電子がほとんどいない領域。逆バイアスにより広がり、容量を低下させ高速化に寄与します。
応答度: 入射した光の強さに対する出力電流の比。単位はA/W。波長によって変化します。
スペクトル応答/波長特性: デバイスが感度を示す波長範囲と、その波長ごとの感度を表す特性です。
暗電流: 光が無い状態で流れる微小な電流。温度依存性が高くノイズの原因になります。
ダーク電流: 暗電流と同義。光がないときに流れる電流のことです。
逆バイアス: デバイスを逆方向に加電すること。空乏層を広げて帯域幅を上げ、応答を速くします。
逆向き電圧: 逆バイアスと同義。反対方向の電圧をかける操作です。
帯域幅: 検出信号が追従できる周波数範囲。広いほど高速信号の検出が可能です。
立ち上がり時間/上昇時間: パルス信号に対する出力の立ち上がりに要する時間。短いほど高速応答です。
立ち上がり/落ちの時間帯域: 信号の立ち上がりと落ちの速さに関する指標です。
RC時定数: 回路内の抵抗と容量の積。これが帯域幅に大きく影響します。
容量/ジュンクション容量: デバイスが持つ静電容量。空乏層容量が主要な要因です。
温度依存性: 動作温度によって暗電流・感度・ノイズ・帯域幅が変化します。
トランスインピーダンスアンプ(TIA): フォトダイオードの微小電流を電圧に変換する高感度な信号処理部品です。
アレイ: 複数のPINフォトダイオードを1つのパッケージにまとめた集合構成。広域検出や分光用途に使われます。
材料種: Si PIN、InGaAs PIN、Ge PINなど、波長域に応じて選択される材料の種類です。
Si PINフォトダイオード: シリコンを材料とするPINフォトダイオード。可視域〜近赤外域で広く用いられます。
InGaAs PINフォトダイオード: InGaAsを材料とするPINフォトダイオード。約1.0〜1.7 μmのIR帯で感度が高く、光通信で多用されます。
Ge PINフォトダイオード: Geを材料とするPINフォトダイオード。近赤外域での感度が特徴です。
フォトダイオードアレイ: 複数のフォトダイオードを1パッケージにまとめた配置。分光・画像センサ等に利用されます。
APD(アバランシュフォトダイオード): 内部ゲインを利用して感度を高めるフォトダイオード。高感度だがノイズや高電圧要件が課題になることがあります。
量子効率/量子効率: 入射した光子のうち電流に寄与する割合。一般に0〜1の値で表されます。
光電流: 光の吸収によって発生する電流。応答度と密接に結びつきます。
反射防止コーティング/ARコーティング: 受光効率を高めるための薄膜コーティング。反射を低減します。
光学結合: 光源・ファイバ・フォトダイオード間の光の取り込み効率を最適化する設計・技術。
パッケージ/窓部: 実装と保護を目的としたケースと、受光を妨げない窓の設計。