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【6h】

SiC基异质结与SiC非紫外光电二极管

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摘要

由于禁带宽，SiC适合于制造紫外光探测器，SiC光控器件也只能受控于紫外光源而非常用的可见和红外光源。为使SiC器件也能避免电磁干扰并实现非紫外光控，异质结SiC光电二极管的引入是一种值得探索的办法。本文探索用带隙可调的SiCGe固溶体薄膜和窄带隙Si薄膜作为光敏材料，分别与SiC构成异质结光电二极管的可行性和可行的方法，以使SiC光电二极管的光谱响应扩展到可见与近红外范围。本文重点讨论在SiC衬底上生长SiCGe异质薄膜和Si异质薄膜的方法及生长机理，讨论SiCGe/SiC和Si/SiC异质结光电二极管的光电特性与其结构和制备工艺的关系，探索优化器件特性以期实现SiC器件非紫外光控的有效途径。主要结果如下：
　　 1.利用Silvaco软件模拟了Si/SiC异质结的电特性和光电特性，讨论了二极管结构和结构参数，如各层的杂质浓度与厚度对pn型和pin型Si/SiC异质结光电二极管器件特性的影响。
　　 2.利用低压化学气相淀积(LPCVD)系统，以SiH4、C3H8、GeH4作为生长源气体，H2作为载气，B2H6作为掺杂源气体，在n型6H-SiC衬底上制备了SiCGe/SiC和Si/SiC异质结。采用SEM、TEM、XRD等测试手段对异质结的材料特性进行了分析。研究了生长温度、生长时间等工艺参数对异质结材料特性的影响。同时，利用高真空直流磁控溅射制备了SiCGe/SiC和Si/SiC异质结的欧姆电极。
　　 3.通过XRD和HRTEM对SiCGe/SiC和Si/SiC异质结的择优取向和缺陷进行了分析。测试表明，这两种材料在6H-SiC上的异质外延都沿<111>方向。同时，通过理论计算分析了<111>方向异质外延的机理。
　　 4.对SiCGe/SiC和Si/SiC异质结光电二极管的器件特性进行了测试和分析。两种SiC非紫外光电二极管都具有较好的整流特性。可见-红外吸收谱测试表明，SiCGe/SiC异质结确实对可见光有较强吸收，但是，难以实现p-SiCGe/n-SiC异质结明显的非紫外光生电流输出，而p-Si/n-SiC异质结光电二极管在非紫外光的辐照下有明显的光谱响应。同时，研究了Si/SiC异质结光电二极管的各层掺杂浓度和厚度对二极管光电特性的影响。通过器件结构和工艺的优化，当非紫外光照强度为0.6W/cm2时，Si/SiC二极管的光电流密度从0.6mA/cm2提高至231.22mA/cm2。

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