4H-SiC肖特基结紫外探测器的性能及可靠性研究

发布时间：2017-04-09 09:27

  本文关键词：4H-SiC肖特基结紫外探测器的性能及可靠性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：紫外探测器在紫外通信、生物探测、紫外天文、火焰传感等领域都具有广泛的应用,因此得到了大量的关注和研究。SiC材料由于具有禁带宽度大、高热导率、高电子饱和迁移率等优良的物理特性,且材料成熟,成为制备紫外探测器的优选材料。基于SiC材料已经制备出各种结构的性能优良的紫外探测器,其中肖特基结构由于具有表面结、适合制备超大面积器件且制备工艺较简单,取得了不少研究成果。在实际应用中,我们不仅要求紫外探测器具有优良的性能,还对它的其他特性提出了更高的要求。在一些高温应用场合中,比如在对汽车发动机内火焰燃烧状态进行监测时或者在勘探石油或天然气过程中,器件需要长时间工作在高温环境下,因此要求器件不仅要具有优良的高温性能,还要具备优良的高温可靠性,对此我们进行了比较详细的研究。在其他一些应用领域,比如紫外预警系统或者紫外通信,由于对灵敏度和准确性要求非常高,因此应用时希望能排除自然界紫外光的背景干扰,而让紫外探测器只工作在240-290nm的“日盲”波段就是很好的解决办法。基于SiC材料的紫外探测器本身不具有“日盲”特性,对此我们提出了一种创新的解决办法并做了一些探索。因此,本文基于4H-SiC材料制备出性能优良的肖特基结紫外探测器,并对其高温性能和高温可靠性进行了研究,且在器件的“日盲”特性方面做了一些探索,主要内容如下：1.在4H-SiC衬底上制备了尺寸为1mm×1mm的垂直结构肖特基结紫外探测器,并对器件的高温性能和高温可靠性进行了表征。在25℃到200℃的温度范围内器件表现出了优异的性能,不仅具有极低的暗电流,还具有较高的量子效率。通过对器件进行200℃的高温存储和高达550℃的高温热退火,我们对器件的高温可靠性也进行了研究。2.为了使器件具备“日盲”特性,我们提出了一种创新方法：即把滤光片直接集成到SiC探测器中。具体做法是：在SiC基肖特基探测器表面交替淀积高低折射率的不同材料形成全介质层结构,该全介质层结构不仅具有钝化层保护器件的作用,还能对入射的紫外光进行调制。在此基础上我们制备了两种具有不同介质层厚度的4H-SiC基肖特基结紫外探测器。测试显示,两种结构的紫外探测器可在不同的频率范围实现滤波功能,从而使器件具有“日盲”特性。该方法相比于在器件表面加装昂贵的滤波器的传统方法,不仅更便于集成,且成本更低。
【关键词】：4H-SiC 肖特基结 紫外探测器 高温性能 高温可靠性 日盲特性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 引言9-12
• 1.2 SiC半导体材料特性12-14
• 1.3 紫外探测器件主要参数指标14-16
• 1.4 4H-SiC肖特基结紫外探测器的研究现状16-17
• 1.5 本论文的主要研究内容17-19
• 参考文献19-23
• 第二章 4H-SiC肖特基结紫外探测器的高温及其可靠性研究23-36
• 2.1 研究背景23
• 2.2 4H-SiC肖特基结紫外探测器的制备23-29
• 2.3 4H-SiC肖特基结紫外探测器的高温性能29-31
• 2.4 4H-SiC肖特基结紫外探测器的高温可靠性31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 参考文献34-36
• 第三章 具有滤波功能钝化层的4H-SiC肖特基结紫外探测器36-45
• 3.1 研究背景36-37
• 3.2 滤波功能钝化层的原理37-38
• 3.3 具有滤波功能钝化层紫外探测器的制备38-41
• 3.4 具有滤波功能钝化层紫外探测器的性能41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 参考文献44-45
• 第四章 结论与展望45-47
• 4.1 主要结论45-46
• 4.2 研究展望46-47
• 发表论文目录47-48
• 致谢48-49

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