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与える影響

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与える影響

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の分野で常にホットスポットの 1 つです。 PIN ダイオードは、P+ 領域と n+ 領域の間に真性半導体 (または低濃度の不純物を含む半導体) の層を挟むことによって構成された結晶ダイオードです。 PIN の i は「真性」を意味する英語の略語で、不純物のない純粋な半導体が存在することは不可能であるため、アプリケーションの PIN ダイオードの I 層には多かれ少なかれ少量の P が混合されます。 -型またはN型不純物。現在、炭化ケイ素PINダイオードは主にメサ構造とプレーン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、少数のキャリアの蓄積効果と I 層の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、そのインピーダンス値はバイアス電圧に応じて変化します。ゼロバイアスまたは DC 逆バイアスでは、I 領域のインピーダンスは非常に高くなります。 DC 順バイアスでは、I 領域はキャリア注入により低インピーダンス状態を示します。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ます。マイクロ波および RF 制御の分野では、特に一部の高周波信号制御センターでは、信号切り替えを実現するためにスイッチング デバイスを使用する必要があることがよくあります。PIN ダイオードは優れた特性を持っています。 RF 信号制御機能だけでなく、位相シフト、変調、制限、その他の回路でも広く使用されています。

高出力炭化ケイ素ダイオードは、その優れた耐電圧特性により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使用されます。 PIN ダイオードは、主電圧降下を担う中間の低ドーピング i 層により、高い逆臨界降伏電圧 VB を持っています。ゾーン I の厚さを増やし、ゾーン I のドーピング濃度を下げると、PIN ダイオードの逆降伏電圧を効果的に改善できますが、ゾーン I の存在により、デバイス全体の順方向電圧降下 VF とデバイスのスイッチング時間が改善されます。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ます。炭化ケイ素はシリコンの臨界降伏電界の 10 倍であるため、炭化ケイ素材料の優れた熱伝導率と相まって、高い降伏電圧を維持しながら、炭化ケイ素ダイオード I ゾーンの厚さをシリコン チューブの 10 分の 1 に減らすことができます。明らかな熱放散の問題がないため、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ます。

炭化ケイ素ダイオードは、逆漏れ電流が非常に小さく、キャリア移動度が高いため、光電検出の分野で大きな魅力を持っています。漏れ電流が小さいと、検出器の暗電流が減少し、ノイズが低減されます。高いキャリア移動度は、炭化ケイ素 PIN 検出器 (PIN 光検出器) の感度を効果的に向上させることができます。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できるようになり、宇宙分野で広く使用されています。ハイパワー炭化ケイ素ダイオードはその優れた特性から注目され、研究も大きく発展しています。