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1、基于3C-SiC薄膜光导开关探究摘要：该文报道了一种可承受33kV偏置电压的光导开关结构。该结构从两方面提高光导开关的耐压特性：两层厚度为20?m的3C-SiC薄膜采用HFCVD工艺制备在6H-SiC基片表面，用于输出电脉冲传输，可消除了6H-S1C基片的微管缺陷对光导开关耐压特性的影响；电极位于两层薄膜之间，增加了接触面积，因此降低了电极表面的电流密度。关键词：光导开关3C?SiC薄膜偏置电压中图分类号：TM836文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-02光导半导
2、体开关（PCSS）是利用超快脉冲激光器与光电半导体材料（如Si,GaAs,InP等）相结合形成的一种新型开关器件[1],其工作原理是利用光电效应，通过激光能量激励半导体材料，使其电导率发生变化，改变开关的通断状态，从而产生电脉冲。与传统开关技术相比，光导开关具有上升时间短、传输功率高、体积小等优点，可应用于超快瞬态电子学、超宽带通讯等领域。光导开关自1975年诞生以来，大致经历了三代：（1）以Si为代表[2],Si存在暗电流较大，载流子寿命长的问题;（2）采用GaAs、InP为代表的III-V族化合
3、物半导体[3],与Si相比，载流子更短寿命；（3）使用以SiC为代表的宽禁带半导体材料[4],由于适合高压大功率光导开关，近年来逐渐成为研究热点。但是SiC光导开关的击穿电压远低于SiC的理论值，原因是使用的SiC基片多为a-SiC（包括6H-S1C和4-SiC）,晶格结构为立方与六方混合结构，具有“微管"缺陷。B-SiC（例如3C-S1C）则没有微管缺陷，但是基片难以获得,只有薄膜材料。微管的密度直接决定了器件的耐压性。因此,该文采用热丝化学气相沉积（HFCVD）工艺在a-SiC基片表面制备基于3
4、C-SiC薄膜的SiC光导开关，并对其耐压特性进行研究。1实验6H-S1C基片由补偿工艺生长得到。基于浅施主深受主补偿机制，用深能级受主帆（V）对氮（N）补偿而使得SiC基片具有半绝缘特性。基片的晶面方向（0001）,厚度0.5mmo基片先经过1600°C的表面氢退火处理16h,然后浸入200°C熔融态KOH中刻蚀3min,然后浸入稀氢氟酸中浸泡12h,最后依次使用丙酮、甲醇、去离子水清洗基片。3C-SiC薄膜采用HFCVD工艺制备。采用CH4和SiH4分别作为C源和Si源，H2作为稀释保护气体。鹄
5、丝到基片的距离为6mm,基片温度为850°C,H2流量为100mL/min,CH4和SiH4流量比8：1。所制备的3C-S1C薄膜厚度大约为20?mo该文制备的SiC光导开关为横向结构，电极图案为带圆弧的矩形，如图1所示，电极间距1mm。为提髙器件的击穿电压，制备两层3C-S1C薄膜，将电极夹在两层薄膜之间。使用磁控溅射工艺先后在3C-SiC薄膜表面制备一层100nm厚的Ni,经过5min的髙温快速退火后形成欧姆接触，使用髙压直流电源与万用表测量暗态伏安特性,以表征电极与SiC薄膜的接触性能。SiC
6、光导开关的测试电路如图2所示，电源通过RC电路给SiC光导开关施加偏置电压，光导开关的输出电脉冲经过衰减器衰减后，由示波器读取其峰值电压。触发源为波长248nm、能量0.4〜1.0mJ.脉冲宽度20ns的氟化氟激光器。2结果讨论将所制备的SiC光导开关置于暗盒内测试，得到暗态伏安特性，结果如图1所示。可看出伏安特性曲线的线性度较好，斜率不随偏置电压而出现明显变化，表明SiC光导开关的欧姆接触良好。暗电流的幅度较小，这与SiC材料本身的暗电阻率高有关。即使SiC材料的击穿电压很高，但如果将电极暴露在空
7、气中，则光导开关可施加的最高电压则取决于击穿空气的电压。空气的击穿电压为30kV/cm,电极间距1mm,可计算出施加在SiC光导开关上的最高电压为3kV,而图1中施加的最高偏置电压达到了20kV,因此该文提出的结构显著提升了耐压性能。图4给出了入射光强5mJ时输出电脉冲的峰值与偏置电压的关系。由图中可看出，输出电脉冲的峰值与偏置电压之间具有较好的线性度。图5则给出了当偏置电压为5kV时输出电脉冲的峰值与入射光强的关系，两者也具有较好的线性度。3结语该文通过改进SiC光导开关的结构以提高其耐压性能。在
8、6H-S1C基片表面采用HFCVD工艺制备两层厚度为20?m的3C-S1C薄膜用于输出电脉冲传输，而电极位于两层薄膜之间。采用该结构可消除6H-S1C基片的微管缺陷的影响，并不受空气击穿电压的限制，从而提高光导开关的击穿电压。实验结果表明，具有该结构的开关电压最高可承受33kV的偏置电压。参考文献[1]袁建强，刘宏伟，刘金锋，等.50kV半绝缘GaAs光导开关[J].强激光与粒子束，2009(21)：783-786.[2]常少辉，刘学超，黄维，等.正对电极结构型碳化硅
