【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(cè)器件具有高量子效率,高響應(yīng)速度以及高紫外可見(jiàn)比等優(yōu)勢(shì),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(cè)器應(yīng)用雪崩倍增效應(yīng),使光信號(hào)被放大,提高了響應(yīng)度,在蓋革模式下能實(shí)現(xiàn)對(duì)極低紫外光信號(hào)的精準(zhǔn)探測(cè)。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(cè)器,該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是在增大吸收區(qū)厚度,提高量子效率的同時(shí)使光生載流子在薄的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域倍增,獲得均勻的增益。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于雪崩型紫外探測(cè)器的研究取得了很多進(jìn)展,而在國(guó)內(nèi)基于4H-SiC材料的雪崩型探測(cè)器仍未實(shí)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(shí)驗(yàn),討論了器件縱向結(jié)構(gòu)及橫向邊緣終端對(duì)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(duì)其內(nèi)部電場(chǎng)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(chǎng)分布的簡(jiǎn)化公式,提出縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。從設(shè)計(jì)思路出發(fā),設(shè)計(jì)了幾種器件的縱向結(jié)構(gòu),經(jīng)仿真驗(yàn)證器件擊穿前其倍增層內(nèi)電場(chǎng)可達(dá)到4 MV/cm,而吸收層內(nèi)電場(chǎng)為1 MV/cm,滿足倍增層內(nèi)部高增益的同時(shí)吸收層也有較高的漂移速度。2.通過(guò)仿真分析了斜臺(tái)面終端,MJTE終端,JTE注入型終端三種終端對(duì)應(yīng)于不同器件縱向設(shè)計(jì)的可行性及邊緣電場(chǎng)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(duì)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(shí)現(xiàn)良好的邊緣擊穿抑制�？紤]到成本及易實(shí)現(xiàn)性,設(shè)計(jì)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(duì)量子效率的提升作用以及窗口對(duì)下方電場(chǎng)的影響機(jī)理,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)避免對(duì)窗口刻蝕過(guò)深而影響下方電場(chǎng)�；诖翱谙路降碗妶�(chǎng)阱的原理,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(jì)方案。4.實(shí)際制備了一種sam-APD器件,經(jīng)測(cè)試器件峰值響應(yīng)度為0.15 A/W,位于260nm波長(zhǎng)附近,對(duì)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(jí),95%擊穿電壓下暗電流為89 nA,增益接近10~3。通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),臺(tái)面邊緣處通過(guò)SiO_2PECVD鈍化使得暗電流整體降低了1~2個(gè)數(shù)量級(jí),根據(jù)該結(jié)果推測(cè)器件暗電流在低壓下由臺(tái)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(chǎng)增強(qiáng),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(cè)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(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換成光濃度。探測(cè)器的國(guó)內(nèi)外研究成果iC 雪崩紫外探測(cè)器是由美國(guó)羅格斯大學(xué)的 Jian H小組認(rèn)為合理的雪崩紫外探測(cè)器設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足盡厚度，使倍增層內(nèi)部電場(chǎng)均勻，防止出現(xiàn)局部雪作電壓應(yīng)小于 100 V。型雪崩探測(cè)器由于吸收層和倍增層位于同一層，無(wú)出了一種吸收層與倍增層分離的雪崩探測(cè)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(chǎng)在電荷層內(nèi)迅速衰減，實(shí)現(xiàn)了倍增層內(nèi)均勻的強(qiáng)電場(chǎng)和吸收層內(nèi)均勻的弱電場(chǎng)，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(jí)， 260 nm 波長(zhǎng)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(cè)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(cè)器，將 P 型摻雜層同時(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN23

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本文編號(hào)：2614250