碳化硅光導開關的制備與性能研究.pdf

1、光導開關全稱為光控光導半導體開關，因其觸發(fā)抖動小、極高的響應速度、極高的功率容量、耐壓能力強、功耗低、寄生電感電容小、動態(tài)范圍大等優(yōu)良的電學特性，加之開關體積小、結構簡單而受到國內(nèi)外研究者的重視，成為脈沖功率應用技術領域的一枝新秀。碳化硅材料與傳統(tǒng)的半導體材料相比具有禁帶寬度大、擊穿場強高、介電常數(shù)大、熱導率高和抗輻射能力強等優(yōu)異性質(zhì)，被認為是最適合制備超快、大功率、耐高溫的光電子器件的材料?，F(xiàn)在大尺寸高質(zhì)量的碳化硅生長技術日趨成熟，將

2、來必定大規(guī)模應用到脈沖功率器件、微電子器件和電力電子器件制造中。本文使用半絕緣碳化硅作為光導開關的襯底材料，兩者之間的珠聯(lián)璧合必將促進超快大功率光導開關的發(fā)展。
　　本文首先介紹了光導開關的研究背景、工作原理及發(fā)展歷史，研究了碳化硅材料對光導開關的影響。在大量文獻調(diào)研的基礎之上，制定了碳化硅光導開關研究的技術路線圖。根據(jù)技術路線圖，利用磁控濺射設備在n型4H-SiC襯底的（000-1）面上沉積了Ti金屬電極，研究了在退火處理過程中

3、不同的電極放置方式對接觸性能的影響。當實驗樣品的電極面朝著硅托退火時，樣品表現(xiàn)出良好的歐姆接觸性能，否則就沒有歐姆接觸性質(zhì)。利用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力電子顯微鏡(AFM)對其界面相結構、組份、電極薄膜厚度和表面形貌進行了研究分析。在退火處理過程中從硅靶額外引入的硅元素對形成歐姆接觸起了關鍵作用。接著在4H-SiC的C面上制備了Si/Ti/SiC體系和Si面上制備了Ni/SiC體

4、系的歐姆接觸，利用線性傳輸線法(TLM)計算了比接觸電阻率，并分析了表面形貌對歐姆接觸性質(zhì)的影響。
　　本文在制備歐姆接觸的研究基礎上，在半絕緣碳化硅襯底上制備了同面橫向結構的光導開關，并對光導開關的電學性能進行了分析。針對SiC光導開關的特點，搭建了測試平臺，利用532nm波長的Nd∶YAG激光器做觸發(fā)光源，著重研究了同面型橫向結構的光導開關的電學性能，獲得了開關導通電脈沖的下降沿時間小于3ns，上升沿時間小于13ns，導通電脈