【摘要】：碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體材料,其具有禁帶寬、電子飽和漂移速度快、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高,以及耐高溫和抗輻射等優(yōu)良特性,廣泛用于大功率、高頻、高溫、抗輻射電子器件的制造領(lǐng)域。SiC PiN器件在核輻射探測(cè)器方面有巨大優(yōu)勢(shì),首先SiC優(yōu)良的材料特性使器件能在高溫和強(qiáng)輻射環(huán)境中工作;另外PiN結(jié)構(gòu)靈敏區(qū)厚度大,適合高能輻射的探測(cè),因此對(duì)SiC PiN器件的研究成為半導(dǎo)體核輻射探測(cè)器的熱點(diǎn)之一。本文基于離子注入技術(shù)制備出6H-SiC PiN器件,并對(duì)器件的電學(xué)性能開(kāi)展研究。利用SRIM軟件模擬在不同注入條件下,N和Al離子在SiC中的分布情況,經(jīng)過(guò)對(duì)注入次數(shù)和各次具體N和Al離子注入條件進(jìn)行了模擬研究,使用多次注入并結(jié)合末次大角度注入的方法在500nm的SiC注入?yún)^(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)較為均勻的N和Al離子濃度分布。對(duì)半絕緣6H-SiC單晶分別注入N和Al離子,在1450℃下,退火120min修復(fù)晶格損傷以及注入離子的電學(xué)激活。通過(guò)二次離子質(zhì)譜發(fā)現(xiàn),注入離子在退火后有一定程度的移動(dòng),同時(shí)在高溫下的擴(kuò)散作用下,N和Al離子濃度峰值均減小。通過(guò)X射線衍射譜發(fā)現(xiàn),N和Al離子注入后的6H-SiC在位于35.54°和75.32°衍射峰位置分別出現(xiàn)小孿生峰,并且位于35.54°主峰的半高寬(FWHM)變寬;高溫退火后孿生峰會(huì)消失,半高寬進(jìn)一步變寬。通過(guò)拉曼圖譜發(fā)現(xiàn),N和Al離子注入會(huì)使位于765.85cm~(-1)、788.03cm~(-1)和964.48cm~(-1)特征拉曼峰的半高寬展寬,且Al離子注入使6H-SiC有新拉曼峰的產(chǎn)生以及某些舊拉曼峰的消失,退火后恢復(fù)。通過(guò)霍爾以及注入面I-V特性測(cè)試發(fā)現(xiàn),高溫退火后的N和Al離子均有一定程度的電學(xué)激活。最后,利用離子注入技術(shù),在半絕緣6H-SiC的Si面注入N離子,C面注入Al離子,制備出6H-SiC PiN器件。通過(guò)紫外可見(jiàn)吸收光譜表征,發(fā)現(xiàn)離子注入會(huì)在SiC中引入缺陷,高溫退火有一定程度的恢復(fù)。通過(guò)I-V和C-V特性測(cè)試,發(fā)現(xiàn)制備的6H-SiC PiN器件的開(kāi)啟電壓為3.026V;在-50V時(shí),器件的漏電流密度為1.35×10~(-4)A/cm~2。通過(guò)對(duì)器件的紫外響應(yīng)特性測(cè)試,觀察到在不同反偏電壓下,6H-SiC PiN的反向光電流比暗電流提高2-3倍;另外在0V和10V的反偏電壓下,器件的響應(yīng)度分別為1.43×10~(-3)A/W和6.44×10~(-3)A/W。
【圖文】：

域應(yīng)用是指用在電力設(shè)備的電能變換以及在控制電路方面所開(kāi)啟時(shí)工作電流為數(shù)十至數(shù)千安，關(guān)閉時(shí)能承受的電壓N 結(jié)構(gòu)中存在較厚以及低摻雜 i 區(qū)，因此能承受很大的看到當(dāng) SiC PiN 中的 i 區(qū)厚度增加以及 i 區(qū)摻雜濃度。當(dāng)在正向電壓下工作時(shí)，，正向電壓使 N 和 P 區(qū)的多數(shù)導(dǎo)層，開(kāi)啟時(shí)在 i 區(qū)的壓降明顯降低。同時(shí) SiC 材料具能將器件上產(chǎn)生的熱量迅速吸取并傳導(dǎo)出去，因此對(duì)件可以獲得更大的功率。同時(shí) SiC 兼具禁帶寬度大的優(yōu)結(jié)漏電流幾乎可以忽略不計(jì)，這將使其允許在高溫條件一般情況下，在 i 區(qū)厚度達(dá)到 10μm 以上以及摻雜濃達(dá)到 1000V 以上的反向擊穿電壓，這已經(jīng)滿足了大多數(shù)面，SiC PiN 器件的 i 區(qū)厚度一般在 100μm 以下，因此量薄膜的方法來(lái)制備。

SiC基本單元結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN305

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2640890