高出力シリコンカーバイドダイオードがPINフォトディテクタに及ぼす影響

高出力シリコンカーバイドダイオードの影響PINフォトディテクタ

高出力シリコンカーバイドPINダイオードは、パワーデバイス研究分野において常に注目の的となっています。PINダイオードは、P+領域とn+領域の間に真性半導体（または不純物濃度が低い半導体）の層を挟み込んだ結晶ダイオードです。PINの「i」は「intrinsic」の略語です。不純物のない純粋な半導体は存在しないため、PINダイオードのI層には、多かれ少なかれ少量のP型またはN型不純物が混入しています。現在、シリコンカーバイドPINダイオードは主にメサ構造と平面構造を採用しています。

PINダイオードの動作周波数が100MHzを超えると、層Iにおける少数のキャリアの蓄積効果と通過時間効果により、ダイオードは整流効果を失い、インピーダンス素子となり、バイアス電圧によってインピーダンス値が変化します。バイアスがゼロまたはDC逆バイアスの場合、I領域のインピーダンスは非常に高くなります。DC順バイアスの場合、キャリア注入によりI領域は低インピーダンス状態になります。したがって、PINダイオードは可変インピーダンス素子として使用でき、マイクロ波およびRF制御の分野では、信号スイッチングを実現するためにスイッチング素子を使用する必要がよくあります。特に一部の高周波信号制御センターでは、PINダイオードは優れたRF信号制御能力を持ち、位相シフト、変調、リミッティングなどの回路にも広く使用されています。

高出力シリコンカーバイドダイオードは、その優れた耐電圧特性から電力分野で広く使用されており、主に高出力整流管として用いられています。PINダイオードPINダイオードは、中間層の低ドーピング層が主電圧降下を担うため、逆方向臨界降伏電圧VBが高い。ゾーンIの厚さを増やし、ゾーンIのドーピング濃度を減らすことでPINダイオードの逆方向降伏電圧を効果的に向上させることができるが、ゾーンIの存在はデバイス全体の順方向電圧降下VFとスイッチング時間をある程度向上させるため、炭化ケイ素材料で作られたダイオードはこれらの欠点を補うことができる。炭化ケイ素はシリコンの10倍の臨界降伏電界を持つため、炭化ケイ素ダイオードのゾーンIの厚さをシリコン管の10分の1に減らすことができ、高い降伏電圧を維持できる。また、炭化ケイ素材料の優れた熱伝導性と相まって、明らかな放熱の問題は発生しないため、高出力炭化ケイ素ダイオードは現代のパワーエレクトロニクスの分野で非常に重要な整流デバイスとなっている。

逆方向漏れ電流が非常に小さく、キャリア移動度が高いことから、炭化ケイ素ダイオードは光電検出分野で大きな注目を集めている。漏れ電流が小さいことで検出器の暗電流を低減し、ノイズを抑制できる。キャリア移動度が高いことで炭化ケイ素の感度を効果的に向上させることができる。PIN検出器（PINフォトディテクタ）炭化ケイ素ダイオードの高出力特性により、PIN検出器はより強力な光源を検出することができ、宇宙分野で広く利用されています。高出力炭化ケイ素ダイオードは、その優れた特性から注目を集めており、研究開発も大きく進展しています。