寬帶隙半導(dǎo)體4H-SiC核輻射探測器的設(shè)計與仿真.pdf

1、輻射探測器已廣泛應(yīng)用在軍事和民用方面，在軍事方面主要用在核導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)、核武器等國防安全重點領(lǐng)域。在民用方面主要應(yīng)用在醫(yī)療器械以及生物工程領(lǐng)域。
　　輻射探測器主要包括氣體探測器、閃爍體探測器和半導(dǎo)體探測器等，半導(dǎo)體探測器與其它兩種探測器相比，具有探測效率高、線性范圍好、結(jié)構(gòu)簡單、載荷小、響應(yīng)快、能量分辨率高等多種優(yōu)點。第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料相比于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿場強高、熱穩(wěn)定性強、熱導(dǎo)率高、臨界位移能大等特點

2、及優(yōu)點，在制備抗輻射、低噪聲、高分辨率核輻射探測器方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料。目前第三代半導(dǎo)體材料代表性材料有SiC和GaN，其中SiC在抗輻射方面具有更為突出的特性，因此SiC材料適合于制備輻射探測器。
　　本論文的研究工作是基于半導(dǎo)體器件及工藝仿真軟件Silvaco-TCAD展開的，針對4H-SiC肖特基結(jié)型和PIN結(jié)型α粒子輻射探測器的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真及優(yōu)化。對于4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測器的研究，主要研究了器件結(jié)

3、構(gòu)、器件工作時的反向I-V及C-V特性以及外延層厚度、不同外延層摻雜濃度對器件性能的影響；以及針對4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測器的漏電機制，對添加鈍化層和終端保護結(jié)構(gòu)后對器件性能的影響。對于4H-SiC PIN結(jié)型一維位置靈敏α粒子輻射探測器的研究，主要研究P區(qū)摻雜濃度和厚度對于器件性能的影響；以及條形單元內(nèi)條寬L和條間距S的相對長度對探測有效面積及靈敏度的影響。
　　利用SRIM-2013程序包確定了適用于5.486Me

4、V的α粒子輻照需要的SiC靈敏區(qū)厚度為18.22μm。肖特基結(jié)型α粒子探測器的仿真結(jié)果為，4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測器反向I-V特性及C-V特性隨外延層摻雜濃度的增加而增加，結(jié)合實際4H-SiC材料的制備工藝，最終選取外延層的摻雜濃度為1×1014cm-3。探測器工作電壓最優(yōu)值為反向-50V。對于終端保護金屬場板的優(yōu)化，得到介質(zhì)層厚度為1.25μm、場板長度為20μm時能最大限度地平衡肖特基接觸處的電場。PIN結(jié)型一維位置靈敏