Die Wirkung der Hochleistungs-Siliziumkarbiddiode aufPIN-Fotodetektor
Hochleistungs-Siliziumkarbid-PIN-Dioden sind seit jeher ein Schwerpunkt der Leistungsbauelementforschung. Eine PIN-Diode ist eine Kristalldiode, die aus einer Schicht intrinsischen Halbleiters (oder Halbleiters mit geringer Fremdstoffkonzentration) zwischen der p+- und der n+-Region besteht. Das i in PIN ist die englische Abkürzung für „intrinsisch“, da ein reiner Halbleiter ohne Fremdstoffe nicht existieren kann. Daher ist die I-Schicht der PIN-Diode in der Anwendung mehr oder weniger mit einer geringen Menge p- oder n-Typ-Fremdstoffe versetzt. Siliziumkarbid-PIN-Dioden weisen derzeit hauptsächlich eine Mesa- und eine Planstruktur auf.
Wenn die Betriebsfrequenz einer PIN-Diode 100 MHz überschreitet, verliert sie aufgrund des Speichereffekts einiger Träger und des Laufzeiteffekts in Schicht I ihre Gleichrichtungswirkung und wird zu einem Impedanzelement, dessen Impedanzwert sich mit der Vorspannung ändert. Bei Nullvorspannung oder Gleichstrom-Sperrvorspannung ist die Impedanz im I-Bereich sehr hoch. Bei Gleichstrom-Vorwärtsvorspannung weist der I-Bereich aufgrund der Trägereinspeisung einen niedrigen Impedanzzustand auf. Daher kann die PIN-Diode als Element mit variabler Impedanz verwendet werden. Im Bereich der Mikrowellen- und HF-Steuerung ist es oft notwendig, Schaltgeräte zu verwenden, um die Signalumschaltung zu erreichen. Insbesondere in einigen Hochfrequenz-Signalsteuerungszentren verfügen PIN-Dioden über hervorragende HF-Signalsteuerungsfunktionen und werden auch häufig in Phasenverschiebungs-, Modulations-, Begrenzungs- und anderen Schaltungen eingesetzt.
Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden werden aufgrund ihrer hervorragenden Spannungsfestigkeit häufig im Leistungsbereich eingesetzt und hauptsächlich als Hochleistungsgleichrichterröhren verwendet. DiePIN-Diodehat eine hohe kritische Durchbruchspannung VB in Sperrrichtung, da die schwach dotierte i-Schicht in der Mitte den Hauptspannungsabfall trägt. Durch Erhöhen der Dicke von Zone I und Reduzieren der Dotierungskonzentration von Zone I kann die Durchbruchspannung in Sperrrichtung der PIN-Diode effektiv verbessert werden, jedoch verbessert das Vorhandensein von Zone I auch den Durchlassspannungsabfall VF des gesamten Geräts und bis zu einem gewissen Grad die Schaltzeit des Geräts, und die Diode aus Siliziumkarbidmaterial kann diese Mängel ausgleichen. Siliziumkarbid hat ein zehnmal höheres kritisches elektrisches Durchbruchfeld als Silizium, sodass die Dicke der I-Zone der Siliziumkarbiddiode auf ein Zehntel der Siliziumröhre reduziert werden kann, während eine hohe Durchbruchspannung aufrechterhalten wird. In Verbindung mit der guten Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbidmaterial treten keine offensichtlichen Wärmeableitungsprobleme auf, sodass Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden zu sehr wichtigen Gleichrichtergeräten im Bereich der modernen Leistungselektronik geworden sind.
Aufgrund ihres sehr geringen Sperrstroms und ihrer hohen Trägermobilität sind Siliziumkarbiddioden im Bereich der photoelektrischen Detektion sehr attraktiv. Ein geringer Leckstrom kann den Dunkelstrom des Detektors reduzieren und das Rauschen verringern; eine hohe Trägermobilität kann die Empfindlichkeit von Siliziumkarbid effektiv verbessern.PIN-Detektor(PIN-Fotodetektor). Die hohe Leistungsfähigkeit von Siliziumkarbiddioden ermöglicht PIN-Detektoren die Erkennung stärkerer Lichtquellen und wird daher häufig in der Raumfahrt eingesetzt. Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden finden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften Beachtung, und die Forschung zu ihnen wurde intensiv vorangetrieben.
Veröffentlichungszeit: 13. Oktober 2023