碳化硅光導(dǎo)開關(guān)的制備與性能研究.pdf

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)簡單而受到國內(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，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)計算了比接觸電阻率，并分析了表面形貌對歐姆接觸性質(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)，并對光導(dǎo)開關(guān)的電學(xué)性能進(jìn)行了分析。針對SiC光導(dǎo)開關(guān)的特點(diǎn)，搭建了測試平臺，利用532nm波長的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間小于3ns，上升沿時間小于13ns，導(dǎo)通電脈