ผลกระทบของไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงต่อโฟโตดีเทคเตอร์ PIN

ผลกระทบของไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงต่อเครื่องตรวจจับแสง PIN

ไดโอด PIN ซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างมากในด้านการวิจัยอุปกรณ์ไฟฟ้ามาโดยตลอด ไดโอด PIN คือไดโอดผลึกที่สร้างขึ้นโดยการประกบชั้นของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (หรือสารกึ่งตัวนำที่มีสิ่งเจือปนในปริมาณต่ำ) ระหว่างบริเวณ P+ และบริเวณ n+ ตัวอักษร i ใน PIN เป็นตัวย่อภาษาอังกฤษที่หมายถึง "intrinsic" เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะมีสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์โดยปราศจากสิ่งเจือปน ดังนั้นชั้น I ของไดโอด PIN ในการใช้งานจึงผสมกับสิ่งเจือปนชนิด P หรือชนิด N ในปริมาณเล็กน้อย ปัจจุบัน ไดโอด PIN ซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ใช้โครงสร้างแบบเมซาและโครงสร้างแบบระนาบ

เมื่อความถี่ในการทำงานของไดโอด PIN เกิน 100MHz เนื่องจากผลของการกักเก็บของตัวพาประจุจำนวนเล็กน้อยและผลของเวลาการส่งผ่านในชั้น I ไดโอดจะสูญเสียผลการแก้ไขและกลายเป็นองค์ประกอบอิมพีแดนซ์ โดยค่าอิมพีแดนซ์จะเปลี่ยนแปลงไปตามแรงดันไบแอส ที่ไบแอสศูนย์หรือไบแอสย้อนกลับแบบ DC อิมพีแดนซ์ในบริเวณ I จะสูงมาก ในไบแอสตรงแบบ DC บริเวณ I จะแสดงสถานะอิมพีแดนซ์ต่ำเนื่องจากการฉีดตัวพาประจุ ดังนั้น ไดโอด PIN จึงสามารถใช้เป็นองค์ประกอบอิมพีแดนซ์แปรผันได้ ในด้านการควบคุมไมโครเวฟและ RF มักจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์สวิตช์เพื่อสลับสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในศูนย์ควบคุมสัญญาณความถี่สูงบางแห่ง ไดโอด PIN มีความสามารถในการควบคุมสัญญาณ RF ที่เหนือกว่า และยังใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรเปลี่ยนเฟส การมอดูเลชั่น การจำกัด และวงจรอื่นๆ

ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านพลังงาน เนื่องจากมีคุณสมบัติความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่เหนือกว่า โดยส่วนใหญ่ใช้เป็นหลอดเรียงกระแสกำลังสูงไดโอด PINไดโอด PIN มีแรงดันพังทลายย้อนกลับวิกฤต VB สูง เนื่องจากชั้น i ที่มีการเจือจางต่ำตรงกลางทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมหลัก การเพิ่มความหนาของชั้น i และลดความเข้มข้นของการเจือจางในชั้น i สามารถปรับปรุงแรงดันพังทลายย้อนกลับของไดโอด PIN ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การมีอยู่ของชั้น i จะทำให้แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า VF ของอุปกรณ์ทั้งหมดและเวลาในการสวิตช์ของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง และไดโอดที่ทำจากวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถชดเชยข้อบกพร่องเหล่านี้ได้ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีสนามไฟฟ้าพังทลายวิกฤตสูงกว่าซิลิคอนถึง 10 เท่า ดังนั้นความหนาของชั้น i ในไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์จึงสามารถลดลงเหลือเพียงหนึ่งในสิบของท่อซิลิคอน ในขณะที่ยังคงรักษาแรงดันพังทลายสูงไว้ได้ ประกอบกับคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีของวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ จึงไม่มีปัญหาการระบายความร้อนที่ชัดเจน ดังนั้นไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงจึงกลายเป็นอุปกรณ์เรียงกระแสที่สำคัญมากในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่

เนื่องจากมีกระแสรั่วไหลย้อนกลับน้อยมากและมีความคล่องตัวของพาหะสูง ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์จึงได้รับความสนใจอย่างมากในด้านการตรวจจับด้วยแสง กระแสรั่วไหลต่ำสามารถลดกระแสไฟฟ้ามืดของตัวตรวจจับและลดสัญญาณรบกวนได้ ความคล่องตัวของพาหะสูงสามารถปรับปรุงความไวของซิลิคอนคาร์ไบด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพตัวตรวจจับ PIN(โฟโตดีเทคเตอร์ PIN) คุณสมบัติกำลังสูงของไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้ตัวตรวจจับ PIN สามารถตรวจจับแหล่งกำเนิดแสงที่แรงกว่าได้ และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านอวกาศ ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูงได้รับความสนใจเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม และการวิจัยเกี่ยวกับไดโอดชนิดนี้ก็ได้รับการพัฒนาอย่างมากเช่นกัน