宽带隙半导体4H-SiC核辐射探测器的设计与仿真

发布时间：2020-08-14 17:09

【摘要】：辐射探测器已广泛应用在军事和民用方面,在军事方面主要用在核导弹制导技术、核武器等国防安全重点领域。在民用方面主要应用在医疗器械以及生物工程领域。辐射探测器主要包括气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器等,半导体探测器与其它两种探测器相比,具有探测效率高、线性范围好、结构简单、载荷小、响应快、能量分辨率高等多种优点。第三代宽带隙半导体材料相比于传统半导体材料,具有禁带宽度大、击穿场强高、热稳定性强、热导率高、临界位移能大等特点及优点,在制备抗辐射、低噪声、高分辨率核辐射探测器方面远远优于传统半导体材料。目前第三代半导体材料代表性材料有SiC和GaN,其中SiC在抗辐射方面具有更为突出的特性,因此SiC材料适合于制备辐射探测器。本论文的研究工作是基于半导体器件及工艺仿真软件Silvaco-TCAD展开的,针对4H-SiC肖特基结型和PIN结型α粒子辐射探测器的器件结构进行仿真及优化。对于4H-SiC肖特基结型α粒子辐射探测器的研究,主要研究了器件结构、器件工作时的反向I-V及C-V特性以及外延层厚度、不同外延层掺杂浓度对器件性能的影响;以及针对4H-SiC肖特基结型α粒子辐射探测器的漏电机制,对添加钝化层和终端保护结构后对器件性能的影响。对于4H-SiC PIN结型一维位置灵敏α粒子辐射探测器的研究,主要研究P区掺杂浓度和厚度对于器件性能的影响;以及条形单元内条宽L和条间距S的相对长度对探测有效面积及灵敏度的影响。利用SRIM-2013程序包确定了适用于5.486Me V的α粒子辐照需要的SiC灵敏区厚度为18.22μm。肖特基结型α粒子探测器的仿真结果为,4H-SiC肖特基结型α粒子辐射探测器反向I-V特性及C-V特性随外延层掺杂浓度的增加而增加,结合实际4H-SiC材料的制备工艺,最终选取外延层的掺杂浓度为1×1014cm-3。探测器工作电压最优值为反向-50V。对于终端保护金属场板的优化,得到介质层厚度为1.25μm、场板长度为20μm时能最大限度地平衡肖特基接触处的电场。PIN结型一维位置灵敏α粒子探测器的仿真结果为,当条形单元内条宽L为100μm时,条间距S的最优值为35μm。一维位置灵敏探测器的位置探测有效面积百分比为75%。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL814

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本文编号：2793308