4H-SiC PIN型日盲紫外探测器的研究及制备

摘要

紫外探测器是一类军民两用的探测器，在导弹预警、水质检测和灾害天气预报等方面均有重要的用途。4H-SiC具有禁带宽度宽、击穿电场高、热导率高以及载流子饱和漂移速率快等特点，使其成为制备紫外探测器的理想材料之一。相对于早期的硅基紫外光探测器，4H-SiC紫外探测器具有良好的可见日盲特性，不需要昂贵的滤光系统、能在室温下工作以及较低的暗电流等优点。国内外对4H-SiC PIN型紫外探测器的研究在近几十年均有相关的报道，PIN型结构的紫外探测器具有较低的噪声、较高的量子效率和较快的响应速度等特点。
　　本文主要基于所设计的器件结构和材料参数用器件仿真软件Sentaurus模拟了PIN型紫外探测器的电响应特性和光谱响应特性。通过仿真研究发现：（1）p层掺杂浓度或厚度改变时其对器件的暗电流影响很小，当p层的掺杂浓度或厚度减小时器件的光电流和光谱响应会有相应的提高且器件光谱响应的峰值波长会往短波方向移动；（2）本征 i层的掺杂浓度或厚度在一定范围内变化时其对器件暗电流和光电流的影响很小，当i层的掺杂浓度减小或厚度增加时器件的光谱响应会有相应的提高且器件光谱响应的峰值波长会往长波方向移动。通过仿真观察发现，相对于本征i层，当p层材料参数改变时，其对器件光电流和光谱响应的影响更为显著。
　　同时还提出了三种有利于减小器件表面反射率，提高器件外量子效率的方法，并用仿真验证了这三种方法的可行性。这三种方法分别是减小器件正面电极的面积、在器件表面添加一层减反射薄膜和增加器件表面的粗糙度。其中前两种方法比较容易实现，因此在实际器件制备过程中这两种方法的设计实现应着重考虑。对于第三种方法，在实际工艺中我们一般采用图形化表面来提高器件表面的粗糙度，该方法对器件制备工艺的要求比较高。
　　最后进行了器件制备的相关实验，主要关键的工艺包括外延片的标准清洗、光刻和金属剥离、ICP干法刻蚀、高温热氧化和欧姆接触电极的制备等。其中对光刻和金属剥离、4H-SiC的ICP刻蚀以及4H-SiC的P型欧姆接触实验做了主要的研究：（1）在光刻和金属剥离实验中，采用了正胶进行剥离，磁控溅射的方式淀积金属，最后在丙酮溶液中进行剥离，金属剥离后的效果满足实验的要求；（2）在对4H-SiC进行ICP刻蚀时，采用了SF6和O2的混合气体，气体的流量分别为50sccm和10sccm，刻蚀后得到的侧面轮廓较为陡直；（3）在4H-SiC P型欧姆接触实验中，采用了Ti/Al金属，金属层的厚度分别为30nm/120nm，在1000℃通N2的氛围下退火1min，经测量计算后得到的比接触电阻率大小约为5.37×10-4Ω·cm2。在制备器件的实验过程中根据每一道工艺的结果和可重复性研究并确定了合适的工艺方案。

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第一章 绪论

1.1紫外光电探测器的介绍

1.2国内外SiC基PIN型紫外探测器的研究现状

1.3本文的工作及结构

第二章 4H-SiC材料的性质

2.1 4H-SiC材料的晶体结构

2.2 4H-SiC材料的能带结构

2.3 4H-SiC材料的生长技术及缺陷

2.4 4H-SiC材料的电学特性

2.5 4H-SiC材料的光学特性

2.6本章小结

第三章 4H-SiC PIN紫外探测器工作原理及器件结构设计

3.1 4H-SiC PIN紫外探测器工作原理

3.2 4H-SiC PIN紫外探测器性能参数介绍

3.3 4H-SiC PIN紫外探测器的结构和材料参数设计

3.4本章小结

第四章 4H-SiC PIN型紫外探测器的仿真研究及分析

4.1器件仿真软件及仿真流程介绍

4.2电响应特性的研究

4.3光谱响应特性的研究

4.4提高器件外量子效率的措施

4.5本章小结

第五章 4H-SiC PIN型紫外探测器的制备及相关工艺研究

5.1工艺流程及版图设计

5.2器件制备工艺

5.3 p型欧姆接触的研究

5.4本章小结

第六章 工作总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

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