【摘要】：以SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的結(jié)型日盲紫外探測器件具有高量子效率,高響應(yīng)速度以及高紫外可見比等優(yōu)勢,在軍事及民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。而雪崩型紫外探測器應(yīng)用雪崩倍增效應(yīng),使光信號被放大,提高了響應(yīng)度,在蓋革模式下能實現(xiàn)對極低紫外光信號的精準(zhǔn)探測。本文研究了一種吸收層與倍增層分離的4H-SiC sam-APD結(jié)構(gòu)紫外探測器,該結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想是在增大吸收區(qū)厚度,提高量子效率的同時使光生載流子在薄的強電場區(qū)域倍增,獲得均勻的增益。目前,國內(nèi)外關(guān)于雪崩型紫外探測器的研究取得了很多進(jìn)展,而在國內(nèi)基于4H-SiC材料的雪崩型探測器仍未實現(xiàn)廣泛的商用化。邊緣擊穿,暗電流大,內(nèi)部增益不均勻等成為制約器件性能的重要因素。本文從原理及仿真的角度出發(fā),結(jié)合實驗,討論了器件縱向結(jié)構(gòu)及橫向邊緣終端對器件性能的影響,提出一些改善器件性能的方案,具體工作包括:1.分析了器件縱向結(jié)構(gòu)對其內(nèi)部電場和擊穿電壓的調(diào)制效果。推導(dǎo)了多層pn結(jié)結(jié)構(gòu)各層摻雜濃度及厚度下器件內(nèi)部電場分布的簡化公式,提出縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路。從設(shè)計思路出發(fā),設(shè)計了幾種器件的縱向結(jié)構(gòu),經(jīng)仿真驗證器件擊穿前其倍增層內(nèi)電場可達(dá)到4 MV/cm,而吸收層內(nèi)電場為1 MV/cm,滿足倍增層內(nèi)部高增益的同時吸收層也有較高的漂移速度。2.通過仿真分析了斜臺面終端,MJTE終端,JTE注入型終端三種終端對應(yīng)于不同器件縱向設(shè)計的可行性及邊緣電場變化規(guī)律。仿真發(fā)現(xiàn),小角度負(fù)斜面終端適用于相鄰兩層間濃度差別較大的情況;正斜面終端適用于相鄰兩層間的濃度差異較小(小于4倍)的情況;MJTE終端依賴于重?fù)诫s一側(cè)的摻雜濃度,要求重?fù)诫s一側(cè)的摻雜濃度不宜大于2×10~(18) cm~(-3);JTE注入型終端對應(yīng)4×10~(17) cm~(-3)的倍增層摻雜,離子注入濃度在1×10~(18) cm~(-3)到1.5×10~(18) cm~(-3)的范圍內(nèi)能實現(xiàn)良好的邊緣擊穿抑制�？紤]到成本及易實現(xiàn)性,設(shè)計了正斜面和負(fù)斜面兩種sam-APD結(jié)構(gòu)方案。3.仿真中分析了器件表面刻蝕窗口對量子效率的提升作用以及窗口對下方電場的影響機理,實驗過程中應(yīng)避免對窗口刻蝕過深而影響下方電場�；诖翱谙路降碗妶鲒宓脑�,提出了一種橫向吸收區(qū)與倍增區(qū)分離的sam-APD結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。4.實際制備了一種sam-APD器件,經(jīng)測試器件峰值響應(yīng)度為0.15 A/W,位于260nm波長附近,對應(yīng)量子效率為71.5%,外加電壓從5 V到126 V,響應(yīng)度峰值從0.013A/W變到673.18 A/W。器件的擊穿電壓為127 V,暗電流為10~(-9) A量級,95%擊穿電壓下暗電流為89 nA,增益接近10~3。通過對照試驗發(fā)現(xiàn),臺面邊緣處通過SiO_2PECVD鈍化使得暗電流整體降低了1~2個數(shù)量級,根據(jù)該結(jié)果推測器件暗電流在低壓下由臺面邊緣漏電決定,而在高電壓下邊緣陷阱俘獲單一電性載流子使得邊緣電場增強,發(fā)生局部雪崩,使得暗電流增加。采用熱氧化的方法可以進(jìn)一步改善邊緣質(zhì)量,降低暗電流。
【圖文】：

得出臭氧濃度大小[1]。在現(xiàn)代生物學(xué)研究，藥物測定、農(nóng)業(yè)科研、化工吸收的樣品作定量分析，從光源發(fā)出的光經(jīng)狹縫使由于樣品濃度不同所引起光強的變化轉(zhuǎn)換成光濃度。探測器的國內(nèi)外研究成果iC 雪崩紫外探測器是由美國羅格斯大學(xué)的 Jian H小組認(rèn)為合理的雪崩紫外探測器設(shè)計應(yīng)在滿足盡厚度，使倍增層內(nèi)部電場均勻，防止出現(xiàn)局部雪作電壓應(yīng)小于 100 V。型雪崩探測器由于吸收層和倍增層位于同一層，無出了一種吸收層與倍增層分離的雪崩探測器，稱

該結(jié)構(gòu)倍增層采用輕摻雜，并在倍增層與吸收層之間加入一層薄的重?fù)诫s電荷層。這種“三明治”型結(jié)構(gòu)使得電場在電荷層內(nèi)迅速衰減，實現(xiàn)了倍增層內(nèi)均勻的強電場和吸收層內(nèi)均勻的弱電場，并且倍增層厚度能精確調(diào)控。器件結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，該器件的擊穿電壓為 135 V，增益可達(dá)到 106量級， 260 nm 波長附近單位增益下量子效率為 75%，1000 增益下暗電流只有 85 pA[14]。圖1.2 “三明治”型 SACM-APD 紫外探測器結(jié)構(gòu)此外，Joe C.Campbell小組的Han-Din Liu等人所制備的pin結(jié)構(gòu)雪崩紫外探測器，將 P 型摻雜層同時作為吸收層與倍增層，增益可達(dá)到 105
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN23

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本文編號：2614250