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。國內外關于SiC基紫外光探測器的報道主要有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，而晶體管結構的紫外光電探測器還未見有報道，本文設計了一個4H-SiC紫外光電晶體管，實現(xiàn)了在很強的可見及紅外背景下進行紫外探測。
　　 為了實現(xiàn)將SiC基光電探測器探測信號的波長范圍轉至可見光至近紅外波長范

2、圍，使其能夠用于光通信領域，或作為光電轉換器件使用在大功率光控器件中，本文設計了一個Si/4H-SiC異質結光電晶體管，討論了異質結光電晶體管的結構并進行了特性分析。從理論上推導了如何優(yōu)化結構來改善其特性，并通過模擬進行了驗證。實現(xiàn)了將SiC基光電探測器的探測波長范圍轉置可見光范圍內。
　　 本論文的主要工作包括：
　　 1.利用國內外已發(fā)表的4H-SiC材料特性數據以及4H-SiC光電探測器的實驗數據，在二維器件模擬軟

3、件Silvaco TCAD中建立4H-SiC光電晶體管的數值模型，對其進行了結構優(yōu)化及特性模擬。結果表明,4H-SiC光電晶體管的光譜響應范圍為200～380 nm，峰值波長為270 nm，相應的響應度為300 A/W，而對可見．紅外光的響應度均小于2A/W，具有較高的紫外光分辨率，可實現(xiàn)在很強的可見及紅外背景下進行紫外探測。對優(yōu)化的器件結構，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偏壓內恒定為460。
　　 2.應用建立的模型對文獻報道的一個4H-SiC p-i-n紫外光電二極管進行了模擬，將模擬結果與報道的試驗結果進行對比討論，驗證了所建立的模型中選取的4H-SiC材料參數的可靠性。
　　 3.討論了Si/4H-SiC異質結光電晶體管的結構及特性分析。結果表明，Si/4H-SiC異質結光電晶體管的光譜響