4H-SiC光電晶體管的特性研究.pdf

1、碳化硅(SiC)由于禁帶較寬，對可見光和近紅外光幾乎沒有吸收，因此一般只能用來制作紫外光探測器。國內(nèi)外關(guān)于SiC基紫外光探測器的報(bào)道主要有4H-SiC肖特基勢壘光電二極管,4H-SiC雪崩光電二極管，以及p-i-n光電二極管，而晶體管結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器還未見有報(bào)道，本文設(shè)計(jì)了一個4H-SiC紫外光電晶體管，實(shí)現(xiàn)了在很強(qiáng)的可見及紅外背景下進(jìn)行紫外探測。
　　 為了實(shí)現(xiàn)將SiC基光電探測器探測信號的波長范圍轉(zhuǎn)至可見光至近紅外波長范

2、圍，使其能夠用于光通信領(lǐng)域，或作為光電轉(zhuǎn)換器件使用在大功率光控器件中，本文設(shè)計(jì)了一個Si/4H-SiC異質(zhì)結(jié)光電晶體管，討論了異質(zhì)結(jié)光電晶體管的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了特性分析。從理論上推導(dǎo)了如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)來改善其特性，并通過模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了將SiC基光電探測器的探測波長范圍轉(zhuǎn)置可見光范圍內(nèi)。
　　 本論文的主要工作包括：
　　 1.利用國內(nèi)外已發(fā)表的4H-SiC材料特性數(shù)據(jù)以及4H-SiC光電探測器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在二維器件模擬軟

3、件Silvaco TCAD中建立4H-SiC光電晶體管的數(shù)值模型，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化及特性模擬。結(jié)果表明,4H-SiC光電晶體管的光譜響應(yīng)范圍為200～380 nm，峰值波長為270 nm，相應(yīng)的響應(yīng)度為300 A/W，而對可見．紅外光的響應(yīng)度均小于2A/W，具有較高的紫外光分辨率，可實(shí)現(xiàn)在很強(qiáng)的可見及紅外背景下進(jìn)行紫外探測。對優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)，在集電極偏壓為5V、輸入光功率密度為0.1 W/cm2條件下，其光電增益高達(dá)460。該器件室溫

4、下的暗電流密度為10-5μA/cm2，且隨著電壓變化光．暗電流比值基本保持不變，即光增益在5V偏壓內(nèi)恒定為460。
　　 2.應(yīng)用建立的模型對文獻(xiàn)報(bào)道的一個4H-SiC p-i-n紫外光電二極管進(jìn)行了模擬，將模擬結(jié)果與報(bào)道的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比討論，驗(yàn)證了所建立的模型中選取的4H-SiC材料參數(shù)的可靠性。
　　 3.討論了Si/4H-SiC異質(zhì)結(jié)光電晶體管的結(jié)構(gòu)及特性分析。結(jié)果表明，Si/4H-SiC異質(zhì)結(jié)光電晶體管的光譜響