4H-SiC PIN型日盲紫外探測器的研究及制備.pdf

1、紫外探測器是一類軍民兩用的探測器，在導(dǎo)彈預(yù)警、水質(zhì)檢測和災(zāi)害天氣預(yù)報等方面均有重要的用途。4H-SiC具有禁帶寬度寬、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高以及載流子飽和漂移速率快等特點，使其成為制備紫外探測器的理想材料之一。相對于早期的硅基紫外光探測器，4H-SiC紫外探測器具有良好的可見日盲特性，不需要昂貴的濾光系統(tǒng)、能在室溫下工作以及較低的暗電流等優(yōu)點。國內(nèi)外對4H-SiC PIN型紫外探測器的研究在近幾十年均有相關(guān)的報道，PIN型結(jié)構(gòu)的紫外探測器

2、具有較低的噪聲、較高的量子效率和較快的響應(yīng)速度等特點。
　　本文主要基于所設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)用器件仿真軟件Sentaurus模擬了PIN型紫外探測器的電響應(yīng)特性和光譜響應(yīng)特性。通過仿真研究發(fā)現(xiàn)：（1）p層摻雜濃度或厚度改變時其對器件的暗電流影響很小，當p層的摻雜濃度或厚度減小時器件的光電流和光譜響應(yīng)會有相應(yīng)的提高且器件光譜響應(yīng)的峰值波長會往短波方向移動；（2）本征 i層的摻雜濃度或厚度在一定范圍內(nèi)變化時其對器件暗電流和光電流

3、的影響很小，當i層的摻雜濃度減小或厚度增加時器件的光譜響應(yīng)會有相應(yīng)的提高且器件光譜響應(yīng)的峰值波長會往長波方向移動。通過仿真觀察發(fā)現(xiàn)，相對于本征i層，當p層材料參數(shù)改變時，其對器件光電流和光譜響應(yīng)的影響更為顯著。
　　同時還提出了三種有利于減小器件表面反射率，提高器件外量子效率的方法，并用仿真驗證了這三種方法的可行性。這三種方法分別是減小器件正面電極的面積、在器件表面添加一層減反射薄膜和增加器件表面的粗糙度。其中前兩種方法比較容易實

4、現(xiàn)，因此在實際器件制備過程中這兩種方法的設(shè)計實現(xiàn)應(yīng)著重考慮。對于第三種方法，在實際工藝中我們一般采用圖形化表面來提高器件表面的粗糙度，該方法對器件制備工藝的要求比較高。
　　最后進行了器件制備的相關(guān)實驗，主要關(guān)鍵的工藝包括外延片的標準清洗、光刻和金屬剝離、ICP干法刻蝕、高溫熱氧化和歐姆接觸電極的制備等。其中對光刻和金屬剝離、4H-SiC的ICP刻蝕以及4H-SiC的P型歐姆接觸實驗做了主要的研究：（1）在光刻和金屬剝離實驗中，采

5、用了正膠進行剝離，磁控濺射的方式淀積金屬，最后在丙酮溶液中進行剝離，金屬剝離后的效果滿足實驗的要求；（2）在對4H-SiC進行ICP刻蝕時，采用了SF6和O2的混合氣體，氣體的流量分別為50sccm和10sccm，刻蝕后得到的側(cè)面輪廓較為陡直；（3）在4H-SiC P型歐姆接觸實驗中，采用了Ti/Al金屬，金屬層的厚度分別為30nm/120nm，在1000℃通N2的氛圍下退火1min，經(jīng)測量計算后得到的比接觸電阻率大小約為5.37×10