Der Einfluss einer Hochleistungs-Siliziumkarbiddiode aufPIN-Fotodetektor
Hochleistungs-Siliziumkarbid-PIN-Dioden zählen seit jeher zu den wichtigsten Forschungsgebieten im Bereich der Leistungselektronik. Eine PIN-Diode ist eine Kristalldiode, die aus einer Schicht intrinsischen Halbleiters (oder Halbleiters mit geringer Dotierungskonzentration) zwischen der p+- und der n+-dotierten Zone besteht. Das „i“ in PIN ist die englische Abkürzung für „intrinsisch“, da ein reiner Halbleiter ohne Verunreinigungen nicht existiert. Daher ist die intrinsische Schicht der PIN-Diode in der Anwendung mehr oder weniger mit geringen Mengen an p- oder n-dotierten Verunreinigungen vermischt. Aktuell werden Siliziumkarbid-PIN-Dioden hauptsächlich in Mesa- und Planstruktur gefertigt.
Wenn die Betriebsfrequenz einer PIN-Diode 100 MHz überschreitet, verliert sie aufgrund des Speichereffekts einiger Ladungsträger und der Transitzeit in der Schicht I ihre Gleichrichterwirkung und wird zu einem Impedanzelement. Ihr Impedanzwert ändert sich mit der Vorspannung. Bei Nullspannung oder Gleichstrom-Sperrspannung ist die Impedanz im I-Bereich sehr hoch. Bei Gleichstrom-Durchlassspannung weist der I-Bereich aufgrund der Ladungsträgerinjektion einen niedrigen Impedanzzustand auf. Daher kann die PIN-Diode als variables Impedanzelement eingesetzt werden. Im Bereich der Mikrowellen- und HF-Steuerung werden häufig Schaltelemente zur Signalumschaltung benötigt, insbesondere in Hochfrequenz-Signalsteuerzentren. PIN-Dioden bieten hier hervorragende HF-Signalsteuerungseigenschaften und finden breite Anwendung in Phasenschiebe-, Modulations-, Begrenzungs- und anderen Schaltungen.
Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden finden aufgrund ihrer überlegenen Spannungsfestigkeitseigenschaften breite Anwendung im Energiebereich und werden hauptsächlich als Hochleistungsgleichrichterröhren eingesetzt.PIN-DiodeDie Sperrspannung VB ist aufgrund der schwach dotierten i-Schicht in der Mitte, die den Hauptspannungsabfall trägt, hoch. Eine Erhöhung der Dicke der Zone I und eine Reduzierung der Dotierungskonzentration in dieser Zone können die Sperrspannung der PIN-Diode effektiv verbessern. Allerdings erhöht die Zone I den Durchlassspannungsabfall VF des gesamten Bauelements und die Schaltzeit bis zu einem gewissen Grad. Dioden aus Siliziumkarbid können diese Nachteile kompensieren. Siliziumkarbid besitzt die zehnfache kritische Durchbruchfeldstärke von Siliziumkarbid. Dadurch kann die Dicke der Zone I bei Siliziumkarbiddioden auf ein Zehntel der Dicke einer Siliziumdiode reduziert werden, ohne die hohe Durchbruchspannung zu beeinträchtigen. In Verbindung mit der guten Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid treten keine nennenswerten Probleme bei der Wärmeableitung auf. Daher haben sich Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden zu wichtigen Gleichrichterbauelementen in der modernen Leistungselektronik entwickelt.
Aufgrund ihres sehr geringen Sperrstroms und ihrer hohen Ladungsträgermobilität sind Siliziumkarbiddioden im Bereich der photoelektrischen Detektion sehr attraktiv. Ein geringer Sperrstrom reduziert den Dunkelstrom des Detektors und damit das Rauschen; eine hohe Ladungsträgermobilität verbessert die Empfindlichkeit von Siliziumkarbiddioden deutlich.PIN-Detektor(PIN-Fotodetektor). Die hohe Leistungsfähigkeit von Siliziumkarbiddioden ermöglicht es PIN-Detektoren, stärkere Lichtquellen zu erfassen und findet breite Anwendung in der Raumfahrt. Hochleistungs-Siliziumkarbiddioden haben aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften viel Aufmerksamkeit erregt, und ihre Forschung wurde stark vorangetrieben.
Veröffentlichungsdatum: 13. Oktober 2023