基于6H-SiC单晶的PiN器件研制

发布时间：2020-04-26 00:52

【摘要】：碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,其具有禁带宽、电子饱和漂移速度快、临界击穿场强高,以及耐高温和抗辐射等优良特性,广泛用于大功率、高频、高温、抗辐射电子器件的制造领域。SiC PiN器件在核辐射探测器方面有巨大优势,首先SiC优良的材料特性使器件能在高温和强辐射环境中工作;另外PiN结构灵敏区厚度大,适合高能辐射的探测,因此对SiC PiN器件的研究成为半导体核辐射探测器的热点之一。本文基于离子注入技术制备出6H-SiC PiN器件,并对器件的电学性能开展研究。利用SRIM软件模拟在不同注入条件下,N和Al离子在SiC中的分布情况,经过对注入次数和各次具体N和Al离子注入条件进行了模拟研究,使用多次注入并结合末次大角度注入的方法在500nm的SiC注入区域内实现较为均匀的N和Al离子浓度分布。对半绝缘6H-SiC单晶分别注入N和Al离子,在1450℃下,退火120min修复晶格损伤以及注入离子的电学激活。通过二次离子质谱发现,注入离子在退火后有一定程度的移动,同时在高温下的扩散作用下,N和Al离子浓度峰值均减小。通过X射线衍射谱发现,N和Al离子注入后的6H-SiC在位于35.54°和75.32°衍射峰位置分别出现小孪生峰,并且位于35.54°主峰的半高宽(FWHM)变宽;高温退火后孪生峰会消失,半高宽进一步变宽。通过拉曼图谱发现,N和Al离子注入会使位于765.85cm~(-1)、788.03cm~(-1)和964.48cm~(-1)特征拉曼峰的半高宽展宽,且Al离子注入使6H-SiC有新拉曼峰的产生以及某些旧拉曼峰的消失,退火后恢复。通过霍尔以及注入面I-V特性测试发现,高温退火后的N和Al离子均有一定程度的电学激活。最后,利用离子注入技术,在半绝缘6H-SiC的Si面注入N离子,C面注入Al离子,制备出6H-SiC PiN器件。通过紫外可见吸收光谱表征,发现离子注入会在SiC中引入缺陷,高温退火有一定程度的恢复。通过I-V和C-V特性测试,发现制备的6H-SiC PiN器件的开启电压为3.026V;在-50V时,器件的漏电流密度为1.35×10~(-4)A/cm~2。通过对器件的紫外响应特性测试,观察到在不同反偏电压下,6H-SiC PiN的反向光电流比暗电流提高2-3倍;另外在0V和10V的反偏电压下,器件的响应度分别为1.43×10~(-3)A/W和6.44×10~(-3)A/W。
【图文】：

域应用是指用在电力设备的电能变换以及在控制电路方面所开启时工作电流为数十至数千安，关闭时能承受的电压N 结构中存在较厚以及低掺杂 i 区，因此能承受很大的看到当 SiC PiN 中的 i 区厚度增加以及 i 区掺杂浓度。当在正向电压下工作时，，正向电压使 N 和 P 区的多数导层，开启时在 i 区的压降明显降低。同时 SiC 材料具能将器件上产生的热量迅速吸取并传导出去，因此对件可以获得更大的功率。同时 SiC 兼具禁带宽度大的优结漏电流几乎可以忽略不计，这将使其允许在高温条件一般情况下，在 i 区厚度达到 10μm 以上以及掺杂浓达到 1000V 以上的反向击穿电压，这已经满足了大多数面，SiC PiN 器件的 i 区厚度一般在 100μm 以下，因此量薄膜的方法来制备。

SiC基本单元结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN305

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 郭子瑜;李明富;李莉;金长江;吴健;;4H-SiC电流型探测器对~(60)Co源γ射线的响应研究[J];核电子学与探测技术;2014年05期

2 胡青青;杨俊;刘国福;罗晓亮;;SiC中子探测器的研究进展[J];核电子学与探测技术;2012年01期

相关博士学位论文 前3条

1 宋娟;基于脉冲星导航的MCP空间X射线探测器关键技术的研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2014年

2 王鹏飞;中子辐照6H-SiC的缺陷分析与应用[D];天津大学;2013年

3 尚也淳;SiC材料和器件特性及其辐照效应的研究[D];西安电子科技大学;2001年

相关硕士学位论文 前3条

1 叶鑫;4H-SiC肖特基结型α粒子探测器的制备与性能研究[D];大连理工大学;2018年

2 胡青青;碳化硅中子探测器的研究[D];国防科学技术大学;2012年

3 刘芳;碳化硅离子注入及欧姆接触的研究[D];西安电子科技大学;2005年

本文编号：2640890