4H-SiC基紫外光电探测器的研究进展

介绍了4H-SiC材料用于高温、低电平紫外光电检测的优点,回顾总结了近年来4H-SiC基紫外光电探测器的研究进展,分析了改善4H-SiC基紫外光电探测器性能参数如降低暗电流、提高光电响应度等可采用的各种技术手段,探讨了4H-SiC基紫外光电探测器的发展趋势。     

4H-SiC基紫外光电探测器研究进展

介绍了4H-SiC材料用于高温、低电平紫外光电检测的优点,回顾总结了近年来4H-SiC基紫外光电探测器的研究进展,分析了改善4H-SiC基紫外光电探测器性能参数如降低暗电流、提高光电响应度等可采用的各种技术手段,探讨了4H-SiC基紫外光电探测器的发展趋势。     

结合雪崩和PIN特性的4H-SiC紫外光电探测器的模拟

紫外波段的光探测器具有广阔的应用前景,本文结合传统的吸收-倍增-分离(SAM)和PIN结构,设计了一种新结构(APIN)的4H-Si C紫外光电探测器,模拟了其光电特性,并与传统的SAM和PIN结构的光电探测器进行了对比。结果表明其在雪崩状态下具有类似于SAM结构的雪崩光电探测器(APD)的特性,在低反向偏压下具有类似于PIN光电探测器的特性,为实际器件的制备提供参考。     

6H-SiC金属-半导体-金属结构紫外光探测器的模拟与优化

基于热电子发射理论,使用器件仿真软件ISE-TCAD建立了6H-SiC MSM紫外光探测器器件模型。对金属叉指宽度和间距均为3μm的器件进行了仿真,结果表明该结构探测器在10V偏压下暗电流已经达到15pA。器件的光电流比暗电流大2个数量级。通过仿真研究了不同结构对器件暗电流和光电流的影响并优化了器件结构。结果表明电极宽度为6μm电极,间距为3μm的器件达到最大光电流5.3nA。电极宽度为3μm,电极间距为6μm的器件具有最高的紫外可见比其比值为327。     

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。     

一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器的研制

采用Ni/Au作为肖特基接触制备了一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器,并测量和分析了阵列器件的Ⅰ-Ⅴ、光谱响应特性.结果表明,阵列探测器性能均匀性好,击穿电压均高于100V.阵列中单器件暗电流小,在偏压为20V的时候,最大暗电流均小于5pA(电流密度为5nA/cm2),光电流比暗电流高3个数量级以上.其光谱响应表明,单器件在电压为20V时的响应度约为0.09A/W,比400nm时的比值均大5000倍,说明探测器具有良好的紫外可见比.     

一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器的研制

采用Ni/Au作为肖特基接触制备了一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器,并测量和分析了阵列器件的Ⅰ-Ⅴ、光谱响应特性.结果表明,阵列探测器性能均匀性好,击穿电压均高于100V.阵列中单器件暗电流小,在偏压为20V的时候,最大暗电流均小于5pA(电流密度为5nA/cm2),光电流比暗电流高3个数量级以上.其光谱响应表明,单器件在电压为20V时的响应度约为0.09A/W,比400nm时的比值均大5000倍,说明探测器具有良好的紫外可见比.     

台面结构对4H-SiC紫外探测器性能的影响

制备了4种具有不同光窗口台面结构的4H-SiC紫外探测器#1,#2,#3和#4,并分别测试它们的紫外光响应谱.器件制备在4H-SiC同质外延层上,台面为垂直结构,其中探测器#1光窗口区由透明Pt层、p 层、p层、n层和n 衬底组成.在探测器#1的基础上用离子刻蚀的方法分别剥离透明Pt层、透明Pt层和p 层、透明Pt层和层以及p层制备出探测器#2,#3和#4.器件的紫外光响应谱表明,紫外响应率最好的是探测器#2,其次是探测器#4,#1,#3,其中探测器#2比其他类型的探测器响应率高1个数量级;4种类型的探测器峰值响应位置各不相同,其中探测器#1位于341nm处,探测器#2,#3和#4分别在312,305和297nm处.     

Visible blind p-i-n ultraviolet photodetector fabricated on 4H-SiC

The 4H-SiC visible blind p-i-n ultraviolet (UV) photodetector has been designed, fabricated and characterized. The dark I-V characteristics of the detector were carried out at room temperature. It was found that the photocurrent of detector was at least two orders of magnitude higher than the dark current. The photon response spectrum of the detector was measured and calibrated. The ratio of responsivity at 275 nm to that at 375 nm was nearly 100, which implied that the photodetector has a great improved visible blind performance.     

4H-SiC埋沟MOSFET的研制

研制了4H-SiC热氧化生长氧化层埋沟nMOSFET.用室温下N离子注入的方法形成埋沟区和源漏区,然后在1600℃进行激活退火.离子注入所得到的埋沟区深度大约为0.2μm.从转移特性提取出来的峰值场效应迁移率约为18.1cm2/(V·s).造成低场效应迁移率的主要因素可能是粗糙的器件表面(器件表面布满密密麻麻的小坑).3μm和5μm器件的阈值电压分别为1.73V和1.72V.3μm器件饱和跨导约为102μS( V G=20V, V D=10V).     

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.     

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。     

4H-SiC MESFET的反应离子刻蚀和牺牲氧化工艺研究

对于栅挖槽的4H-SiCMESFET,栅肖特基接触的界面经过反应离子刻蚀,界面特性对于肖特基特性和器件性能至关重要。反应离子刻蚀的SiC表面平滑度不是很好,刻蚀损伤严重。选择合适的RIE刻蚀条件减小刻蚀对半导体表面的损伤;利用牺牲氧化改善刻蚀后的表面形貌,进一步减小表面的刻蚀损伤。工艺优化后栅的肖特基特性有了明显改善,理想因子接近于1。制成的4H-SiCMESFET直流夹断特性良好,饱和电流密度达到350mAmm。