吸收层与倍增层分离的4H-SiC雪崩光电探测器

设计和制备了吸收层和倍增层分开的4H-SiC穿通型雪崩紫外光电探测器.设计器件的倍增层和吸收层厚度分别为0.25和1μm.采用multiple junction termination extension(MJTE)方法减少器件的电流集边效应和器件表面电场.对器件的暗电流、光电流和光谱响应进行了测量.器件在55V的低击穿电压下获得了一个高的增益(＞104);穿通前器件暗电流约为10pA数量级;0V偏压下器件光谱响应的紫外可见比大于103.光谱响应的峰值波长随反向偏压的增大而向短波方向移动,在击穿电压附近光谱响应的峰值波长移到210nm,此波长远远小于在0V时的响应峰值.结果显示器件在紫外光探测中具有优良的性能.     

4H-SiC 雪崩光电探测器中倍增层参数的优化模拟

应用ATLAS模拟软件,设计了吸收层和倍增层分离的（SAM）4H-SiC 雪崩光电探测器（APD）结构。分析了不同外延层厚度和掺杂浓度对器件光谱响应的影响,对倍增层参数进行优化模拟,得出倍增层的最优化厚度为0.26μm,掺杂浓度为9.0×1017cm^-3。模拟分析了APD的反向IV特性、光增益、不同偏压下的光谱响应和探测率等,结果显示该APD在较低的击穿电压66.4V下可获得较高的倍增因子105;在0V偏压下峰值响应波长（250nm）处的响应度为0.11A/W,相应的量子效率为58%;临近击穿电压时,紫外可见比仍可达1.5×103;其归一化探测率最大可达1.5×1016cmHz ^1/2 W^-1。结果显示该APD具有较好的紫外探测性能。     

用于4H-SiC雪崩光电探测器p型欧姆接触的研究

对4H-SiC雪崩光电探测器的Ti/Al/Au p型欧姆接触进行了详细的研究。通过线性传输线模型(LTLM)测得经930℃退火后欧姆接触的最小比接触电阻为5.4×10~(-4)Ωcm~2。分别用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对退火前后的表面形貌、金属之间以及金-半接触界面之间相互反应及扩散情况进行测试与分析,发现了影响欧姆接触性能的主要原冈。对采用此欧姆接触制备的4H-SiC雪崩光电探测器进行测试,发现器件的击穿电压约为-55 V,此时其p型电极处的电压降仅为0.82 mV,可以满足4H-SiC雪崩光电探测器在高压下工作的需要。     

硅基雪崩光电探测器倍增层掺杂的研究

硅基雪崩光电探测器的器件性能与倍增层的掺杂浓度有着密切联系。研究了硅基雪崩光电探测器倍增层的掺杂浓度对雪崩击穿电压和光谱响应度等特性的影响。在硼的注入剂量由5.0×1012 cm-2减小为2.5×1012cm-2时,倍增层内电场强度逐渐降低,吸收区电场强度迅速增大,器件的雪崩击穿电压由16.3V迅速上升到203V,而光谱响应在95%的击穿电压下,峰值响应波长由480nm红移至800nm,对应的响应度由11.2A/W剧增到372.3A/W。综合考虑光谱响应和雪崩击穿电压的影响,在硼注入剂量为3.5×1012 cm-2时,可获得击穿电压为43.5V和响应度为342.5A/W的器件模型,对实际器件的制备具有一定参考价值。     

基于异质结倍增层的InAlAsSb SACM雪崩光电二极管的优化

使用低工作电压的雪崩光电二极管(APD)有利于提高集成电路的稳定性和降低功耗.文章建立了一个分离吸收、电荷、倍增(SACM)型的雪崩光电二极管的模型,为了在低偏压下获得高增益同时不降低工作电压范围,这个模型采用了具有高低禁带宽度的异质结倍增层.同时,文章研究了异质结倍增层的厚度和掺杂浓度对暗电流和增益的影响.通过对掺杂浓度的优化,击穿电压和穿通电压可以同时下降.     

4H-SiC紫外光电探测器光电特性随温度变化的研究

利用光电流谱法研究了300K到60K温度范围内的p-i-n结构4H-SiC紫外光电探测器的暗电流及相对光谱响应特性。研究发现随着温度的降低,探测器的暗电流和相对光谱响应都逐渐减小;而且,反向偏压越高,暗电流减小的速率越大。在零偏压下,随着温度的降低,器件的温度从300K降低到60K时,相对光谱响应的峰值波长先向短波方向移动,后向长波方向移动,在60K时移至从272nm附近移至282nm附近;同时观察到探测器的相对光谱响应范围略有缩小,。此外,我们对器件并讨论了温度变化对器件p、i、n各层产生的光电流随温度变化的机理进行讨论,提出了可以通过减少i层缺陷和适当减小n层的掺杂浓度的方式来提高器件的相对光谱响应。     

氮化镓基雪崩光电二极管的研制

文章简单回顾了氮化镓基雪崩光电二极管的发展现状,从制作高响应率、低漏电流的雪崩器件出发,详细阐明了制作氮化镓基雪崩光电二极管的工艺过程,特别考虑了干法刻蚀带来的物理损伤以及后续的消除损伤处理.由于雪崩器件对于材料的质量具有较苛刻的要求,因此特别对材料进行了必要的筛选.通过一系列工艺上的改进,成功地制作出国内第一只氮化镓基雪崩光电二极管,器件的光敏面直径是40μm;并对其进行了光电性能测试.测试结果表明,当反向偏压是58V时,漏电流大约是1.18×10-7 A,雪崩增益是3.     

InGaAs/InP红外雪崩光电探测器的研究现状与进展

近年来,量子卫星通信、主动成像等先进技术的应用取得了较大的进展,InGaAs/InP雪崩光电探测器作为信息接收端的核心器件起到了至关重要的作用.本文系统介绍了InGaAs/InP雪崩光电探测器的工作原理,分析了器件结构设计对暗电流特性的影响,对盖格模式下多种单光子探测电路进行了综述,同时对新型金属-绝缘体-金属结构设计的研究进展进行了介绍和展望.     

4H-SiC金属-半导体-金属结构紫外探测器的模拟与分析

用MEDICI软件对金属-半导体-金属(MSM)结构4H-SiC紫外(UV)探测器的I-V特性以及光谱响应等特性进行了模拟与分析,并探讨了金属电极的宽度、电极间距以及外延层厚度对探测器响应度的影响.结果表明,室温下该探测器的暗电流线性密度达到10-13A/μm,且在不同电压下光电流至少比暗电流大两个数量级;探测器的光谱响应范围为200~400 nm,在347 nm处响应度达到极大值;增大指宽或者减小指间距可以提高探测器的响应度;当波长小于峰值波长时外延层厚度对探测器的响应度基本没影响,而当波长大于峰值波长时随着外延层厚度的增大探测器的响应度有所增大.     

4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的电容-电压特性研究

分析并比较了4H-SiC p-i-n紫外光电探测器的电容-电压（C-V）特性随温度和偏置电压的变化情况,观测到4H-SiC p-i-n结构中的深能级缺陷。结果表明：由于近零偏压时探测器i型层已处于耗尽状态,其高频（1 MHz）C-V特性几乎不随反向偏压变化,随着温度升高,被热离化的自由载流子数量增多导致高频结电容随之增大;探测器的低频（100 kHz）结电容比高频结电容具有更强的电压和温度依赖性,原因在于被深能级缺陷俘获的载流子随反向偏压增大或随温度升高而被离化,从而对结电容产生影响。     

4H-SiC p-n结基于精确碰撞电离模型的雪崩倍增因子研究

雪崩倍增效应是4H-SiC雪崩光电二极管、功率半导体器件等器件的关键机理。作为其中最重要的物理参数,雪崩倍增因子(M)的精确解析表达式目前未见报道。文章提出4H-SiC p-n结M的精确计算方法及其解析表达式。基于更准确的碰撞电离模型,通过MATLAB对4H-SiC单边突变结(p⁺-n)电子和空穴的碰撞电离积分(I)进行精确的数值计算,给出击穿电压(BV)随掺杂浓度的经验表达式,进一步提出电离积分随外加电压及掺杂浓度的拟合表达式。此外,对外加电压接近BV的情形进行细致的相对误差分析,表明电子电离积分受电场影响显著。对于雪崩光电二极管及功率器件较宽的BV范围,所提出的拟合表达式在外加反向偏压大于0.65BV时具有较高的精确度(相对误差小于5%)。     

4H-SiC npn BJT特性研究

基于二维器件仿真软件Medici对4H-SiC双极型晶体管(BJT)进行了建模,包括能带模型、能带窄变模型、迁移率模型、产生复合模型和不完全电离模型,为4H-SiC的工艺与器件提供了设计平台.在此基础上对4H-SiC BJT器件进行了模拟研究.结果显示,器件基极电流I_B=1μA/μm时发射极电流增益β为32.4,击穿电压BV_CEO大于800V,截止频率f_T接近1GHZ.     

6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析

采用二维器件模拟器ISE TCAD 7.0,对比研究了6H-SiC和4H-SiC VDMOS的基本特性.结果表明,在Vgs为8 V时,4H-SiC VDMOS的漏极电流比6H-SiC高约1.5倍,证实了4H-SiC具有较高的体迁移率,且受准饱和效应的影响较小,因此比6H-SiC器件具有更高的饱和电流密度,而两种器件的阈值电压基本相同,均为7 V左右.对器件开关时间和单位面积损耗的分析表明,4H-SiC比6H-SiC更适合用于VDMOS功率器件.此外,还研究了沟道长度对器件漏极饱和电流的影响,结果表明,随着沟道长度的减小,器件的漏极电流增大.     

新型4H—SiC阳极凹槽D—RESURF肖特基二极管研究

提出了一种新型4H-SiC阳极凹槽D-RESURF肖特基二极管结构.阳极凹槽使器件反偏时横向电场增强,加快漂移区耗尽.同时,利用D-RESURF技术,提高器件击穿电压和正向导通特性;利用二维数值模拟,从耐压的角度,对降场层的厚度、浓度和长度进行优化.结果表明,新结构较之常规单RESURF结构,击穿电压从890 V提高到1672 V,导通电流为80 mA/mm时,压降从4.4 V降低到2.8 V.