納米柱4H-SiC雪崩光電二極管及PECVD法生長氫化非晶碳化硅的光電特性研究.pdf

1、相對于傳統(tǒng)Si材料，寬禁帶半導體碳化硅(SiC)材料具有較高擊穿電場，較高飽和電子速率，較大熱導率，較低本征載流子濃度以及抗輻射和抗化學腐蝕的特性。基于SiC材料這些優(yōu)越的特性，SiC材料的生長及其高功率高溫器件和紫外微弱信號的探測器件已經(jīng)日益成為半導體器件科學研究的熱點。
　　 本文的研究主要包括一種新型的納米柱光控雪崩電壓4H-SiC光電二極管(NAPD)的光電性質(zhì)模擬研究和PECVD生長的氫化非晶碳化硅(a-SiXC1-X

2、：H)薄膜的光學特性研究。
　　 1.4H-SiC NAPD的光電性質(zhì)模擬研究。
　　 在雪崩擊穿原理和傳統(tǒng)雪崩光電二極管(APD)的工作原理基礎(chǔ)上設(shè)計一種新型SAM結(jié)構(gòu)的納米柱光控雪崩電壓光電二極管(NAPD)并通過ATLAS半導體器件模擬軟件程序的設(shè)置，設(shè)計4H-SiC NAPD的器件結(jié)構(gòu)，模擬出其Ⅳ特性，能帶結(jié)構(gòu)，電場分布以及光譜響應(yīng)。并對其特有的光控雪崩電壓特性以及能帶分布進行了理論分析。
　　 實驗結(jié)果

3、表明器件的雪崩擊穿電壓Vbr隨著納米柱直徑的增大而減小至一定值。在倍增層耗盡穿通的前提下，Vbr隨著倍增層摻雜濃度的減小而大幅度增加。通過分析器件的能帶分布和電場分布，得知此現(xiàn)象是由于納米柱底端的電場分布受納米柱結(jié)構(gòu)的影響而造成。此外由于NAPD的特殊結(jié)構(gòu)，光照也會影響了納米柱底端電場分布，導致器件的Vbr分別隨著光照的功率密度和波長變化，實現(xiàn)了器件的光控雪崩擊穿電壓的特性。利用此特性，在實際應(yīng)用中可以實現(xiàn)4H-SiCNAPD超高紫外可

4、見比的特性和雪崩自動猝滅功能。此外由于由器件表面P+型歐姆接觸面積相對較小，吸收區(qū)域面積相對較大，且吸收區(qū)域的載流子運動方向為橫向，在很大程度上減小材料表面缺陷對器件性能的負面影響，可以提高器件陣列集成化程度。
　　 2.a-SiXC1-X：H薄膜的光學特性研究。
　　 通過橢偏光度法，紅外吸收光譜，拉曼光譜，X射線電子能譜和X射線衍射光譜等材料光學特性表征方法，對在不同生長環(huán)境溫度和退火溫度條件下，等離子增強化學氣相沉

5、淀(PECVD)制備的a-SiXC1-X：H薄膜的生長速度，吸收系數(shù)，光學禁帶寬度，化學鍵組分，元素化學計量比以及晶體結(jié)構(gòu)進行分析和研究。在紅外吸收光譜實驗中，首次引用了胡克定律，對薄膜中的化學鍵組分變化進行理論分析。結(jié)果表明，薄膜的生長速度隨著生長襯底溫度(Td)的升高而變慢，H元素含量隨著Td的升高而略微變少；而隨著退火溫度Ta的升高，樣品薄膜中的H元素大幅度減少，Si-C鍵的組分增加，薄膜的光學禁帶寬度產(chǎn)生明顯的變化，薄膜中出現(xiàn)β