碳化硅光導(dǎo)開關(guān)的制備與性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、光導(dǎo)開關(guān)全稱為光控光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān),因其觸發(fā)抖動(dòng)小、極高的響應(yīng)速度、極高的功率容量、耐壓能力強(qiáng)、功耗低、寄生電感電容小、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)良的電學(xué)特性,加之開關(guān)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而受到國(guó)內(nèi)外研究者的重視,成為脈沖功率應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一枝新秀。碳化硅材料與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、介電常數(shù)大、熱導(dǎo)率高和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)異性質(zhì),被認(rèn)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(zhǎng)技術(shù)日趨成熟,將

2、來必定大規(guī)模應(yīng)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(dǎo)開關(guān)的襯底材料,兩者之間的珠聯(lián)璧合必將促進(jìn)超快大功率光導(dǎo)開關(guān)的發(fā)展。
  本文首先介紹了光導(dǎo)開關(guān)的研究背景、工作原理及發(fā)展歷史,研究了碳化硅材料對(duì)光導(dǎo)開關(guān)的影響。在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)之上,制定了碳化硅光導(dǎo)開關(guān)研究的技術(shù)路線圖。根據(jù)技術(shù)路線圖,利用磁控濺射設(shè)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(duì)接觸性能的影響。當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣品的電極面朝著硅托退火時(shí),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(duì)其界面相結(jié)構(gòu)、組份、電極薄膜厚度和表面形貌進(jìn)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(duì)形成歐姆接觸起了關(guān)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(jì)算了比接觸電阻率,并分析了表面形貌對(duì)歐姆接觸性質(zhì)的影響。
  本文在制備歐姆接觸的研究基礎(chǔ)上,在半絕緣碳化硅襯底上制備了同面橫向結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)開關(guān),并對(duì)光導(dǎo)開關(guān)的電學(xué)性能進(jìn)行了分析。針對(duì)SiC光導(dǎo)開關(guān)的特點(diǎn),搭建了測(cè)試平臺(tái),利用532nm波長(zhǎng)的Nd∶YAG激光器做觸發(fā)光源,著重研究了同面型橫向結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)開關(guān)的電學(xué)性能,獲得了開關(guān)導(dǎo)通電脈沖的下降沿時(shí)間小于3ns,上升沿時(shí)間小于13ns,導(dǎo)通電脈

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