دیود اپیتاکسیال (Epitaxial Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود اپیتاکسیال (Epitaxial Diode) :
دیود اپیتاکسیال (Epitaxial Diode) نوعی دیود نیمه هادی است که در آن یک یا چند لایه نیمه هادی با خلوص بالا و ساختار بلوری منظم بر روی یک زیرلایه (Substrate) به روش اپیتاکسی (Epitaxy) رشد داده می شود. روش اپیتاکسی امکان کنترل دقیق ضخامت، نوع و غلظت ناخالصی لایه ها را در سطح اتمی فراهم می کند و دیودهایی با عملکرد بسیار بالا می سازد.
در روش اپیتاکسی، یک ویفر نیمه هادی (مثلا سیلیکون با دوپینگ بالا) در یک راکتور قرار می گیرد و گازهای حاوی سیلیکون (مانند سیلان) و ناخالصی های مورد نظر از روی آن عبور داده می شود. اتم های سیلیکون بر روی سطح ویفر نشسته و یک لایه نازک با ساختار بلوری مشابه زیرلایه (Epitaxial Layer) تشکیل می دهند. ضخامت این لایه با دقت نانومتری قابل کنترل است.
مزیت اصلی دیودهای اپیتاکسیال، امکان جداسازی لایه فعال (Active Layer) از زیرلایه است. زیرلایه می تواند با مقاومت بسیار کم (برای کاهش تلفات اهمی) ساخته شود، در حالی که لایه اپیتاکسیال با مقاومت بالاتر (برای تحمل ولتاژ) و خلوص بالا ساخته می شود. این ساختار برای دیودهای قدرتی (Power Diodes) ایده آل است.
دیودهای اپیتاکسیال معمولا در ساختار PIN (P-type, Intrinsic, N-type) یا با لایه های چندگانه ساخته می شوند. لایه ذاتی (Intrinsic) با ضخامت کنترل شده توسط اپیتاکسی رشد داده می شود تا ولتاژ معکوس مورد نظر را تحمل کند. سپس لایه های P و N با نفوذ یا اپیتاکسی اضافه می شوند.
پارامترهای مهم دیود اپیتاکسیال به کاربرد بستگی دارد. در دیودهای قدرتی اپیتاکسیال، ولتاژ معکوس بالا، جریان بالا، و افت ولتاژ مستقیم پایین اهمیت دارد. در دیودهای فرکانس بالا، ظرفیت خازنی پایین و زمان بازیابی کوتاه مهم است. روش اپیتاکسی امکان بهینه سازی این پارامترها را فراهم می کند.
کاربرد اصلی دیود اپیتاکسیال در دیودهای قدرتی (Power Diodes) با ولتاژ بالا (بیش از ۶۰۰ ولت) و جریان بالا است. این دیودها در یکسوسازهای صنعتی، منابع تغذیه، و درایوهای موتور استفاده می شوند. ساختار اپیتاکسیال امکان دستیابی به ولتاژهای بالا با مقاومت سری کم را فراهم می کند.
دیودهای اپیتاکسیال همچنین در دیودهای PIN برای کاربردهای RF و مایکروویو استفاده می شوند. در این کاربردها، لایه ذاتی با ضخامت دقیق برای دستیابی به ظرفیت خازنی پایین و مقاومت سری کنترل شده رشد داده می شود. این دیودها در کلیدهای RF و تضعیف کننده ها کاربرد دارند.
دیودهای شاتکی (Schottky Diodes) نیز اغلب با ساختار اپیتاکسیال ساخته می شوند. یک لایه اپیتاکسیال با دوپینگ سبک روی زیرلایه با دوپینگ سنگین رشد داده می شود تا دیود شاتکی با ولتاژ معکوس بالا و مقاومت سری کم به دست آید. این ساختار در دیودهای شاتکی SiC نیز استفاده می شود.
سری معروف دیودهای اپیتاکسیال شامل BYV32 (۲۰۰ ولت، ۲۰ آمپر) و BYT12 (۶۰۰ ولت، ۱۲ آمپر) هستند که در منابع تغذیه سوئیچینگ کاربرد دارند. همچنین دیودهای قدرتی اپیتاکسیال با ولتاژ ۱۲۰۰ ولت و جریان ۱۰۰ آمپر نیز موجود هستند.
یکی از مزایای روش اپیتاکسی، امکان ساخت ساختارهای چندلایه (Multi-layer) پیچیده است. به عنوان مثال، در دیودهای با بازیابی نرم (Soft Recovery)، چندین لایه با غلظت های مختلف ناخالصی روی هم رشد داده می شوند تا پروفایل ناخالصی مطلوب ایجاد شود.
در نهایت، دیود اپیتاکسیال یک فناوری پیشرفته است که امکان ساخت دیودهایی با عملکرد بالا و ویژگی های دقیق را فراهم می کند. با پیشرفت در روش های اپیتاکسی (مانند MBE و MOCVD)، امکان ساخت ساختارهای کوانتومی (مانند دیودهای تونلی تشدیدی - RTD) نیز فراهم شده است. دیودهای اپیتاکسیال نقش مهمی در الکترونیک قدرت، RF، و فوتونیک ایفا می کنند.
