基于高阻4H-SiC单晶的PiN器件研制

发布时间：2023-04-08 02:07

　　作为第三代半导体材料的典型代表,碳化硅(SiC)材料具有抗击穿能力强、耐辐照及热稳定性好等诸多优点,被广泛应用到高功率、高温、抗辐射等电子器件制造领域。在半导体探测器领域,碳化硅与传统的硅、锗探测器相比,具有具有耐高温、抗辐照、抗击穿能力强等优势。因此,对于碳化硅核辐射探测器的研制是近年来国际上的热点领域。本文利用单晶4H-SiC单晶的厚度优势研制可用于高能量X射线探测的PiN型器件,并通过仿真、实验表征等手段对器件进行系统的分析。利用SRIM离子注入仿真软件对碳化硅离子注入工艺进行了模拟,分别仿真了PiN二极管结构中N区及P区的离子注入情况。具体对离子的注入深度、能量及分布做了相应的仿真研究,得到了厚度为300nm,氮、硼、铝及磷离子浓度为10¹⁹cm^-3条件下注入的分布情况。使用Silvaco TCAD软件对器件电学特性进行了仿真,提取出了PiN器件的开启电压、泄漏电流及电场分布等信息,并与后期的实验结果进行对比。根据仿真取得的优选参数进行离子注入实验,分别选择硼离子和氮离子进行离子注入实验以形成器件的P区和N区。为了改善离子注入和退火过...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 X射线探测器的研究背景及意义
    1.2 半导体探测器的研究进展
        1.2.1 探测原理和探测参数
        1.2.2 常见半导体探测器
    1.3 碳化硅材料基本性质
        1.3.1 碳化硅材料的基本特性及优势
        1.3.2 碳化硅X射线探测器研究现状
    1.4 本论文的主要内容
2 SiC基 PiN型 X射线探测器理论研究
    2.1 X射线
        2.1.1 X射线介绍
        2.1.2 X射线与物质作用机理
    2.2 离子注入
        2.2.1 离子注入原理
        2.2.2 SRIM仿真软件介绍
    2.3 半导体接触理论研究
        2.3.1 肖特基接触
        2.3.2 欧姆接触
    2.4 本章小结
3 SiC单晶离子注入工艺和器件仿真
    3.1 PiN二极管结构和工作原理
    3.2 离子注入仿真
        3.2.1 N型区离子注入仿真
        3.2.2 P型区离子注入仿真
    3.3 PiN二极管电学特性仿真
        3.3.1 Silvaco TCAD仿真软件介绍
        3.3.2 电学特性仿真
    3.4 本章小结
4 4H-SiC单晶离子注入激活与电极制备
    4.1 碳化硅标准清洗流程
    4.2 离子注入激活步骤
    4.3 电极制备工艺步骤
    4.4 样品标号与说明
    4.5 本章小结
5 基于4H-SiC单晶的PiN器件研制
    5.1 离子注入与高温激活后的表征分析
        5.1.1 表面形貌表征
        5.1.2 表面元素组分分析
        5.1.3 X射线衍射表征及结果分析
        5.1.4 拉曼图谱表征及结果分析
    5.2 器件性能表征
        5.2.1 材料电学特性分析
        5.2.2 材料光学特性分析
        5.2.3 器件电学特性分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本论文研究工作总结
    6.2 进一步研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3785784