D波段SiC基雪崩二极管的研究

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1、＿謂似專博士学位论文Ｉ國圍Ｄ波段ＳｉＣ基雪崩二极管的研宄１作者姓名＾ｓｌ指导教瞧名、职称杨林安教授申请学位类别工学博士学校代码10701学号1117110017分类号TN40密级公开西安电子科技大学博士学位论文D波段SiC基雪崩二极管的研究作者姓名：陈庆一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：杨林安教授学院：微电子学院提交日期：2016年9月StudyonSiCbasedAvalancheDiodeinDBandAdissertationsubmitte

2、dtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMicroelectronicsandSolidStateElectronicsByChenQingSupervisor:YangLin’anProfessorSeptember2016西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知Ｔ除了文中特别加以

3、标注和致谢，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果中所罗列的内容以外；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工。与我作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意ｕ一切法律责任学位论文若有不实之处，本人承担。ｒ２０Ｌ２＇２ｇ本人签名：咏灰Ｐ期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定：研究生在，即校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，

4、允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内荇，允许釆、＾用影印缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章。，署名单位为西安电子科技大学保密的学位论文在。＿年解密后适用本授权书本人签名：Ａ导师签名：Ｈ期：ＰｌＬｊｌ＾Ｌ日期：＾摘要摘要碰撞离化雪崩渡越时间（Impact-Ionization-Avalanche-Transit-Time,IMPATT）二极管已经广泛应用在频率范围从10GHz到300GHz之间的射频功率产生源，特别是在微波和毫米波频段，碰撞离化雪崩渡越时间二极管

5、作为最强大的固态源而被广泛地应用在雷达和通信系统的发射源中。此外，碰撞离化雪崩渡越时间二极管因为是两端器件，因而和晶体管比较起来，可制造性更强。碰撞离化雪崩渡越时间二极管在给定频率上的最大输出功率与所采用材料的材料特性有很大的关系，SiC材料因为具有大的击穿电场和高的电子饱和速度，所以SiC基碰撞离化雪崩渡越时间二极管的最大输出功率能力分别是Si基和GaAs基碰撞离化雪崩渡越时间二极管的400倍和350倍。本论文主要对工作于D波段的SiC基IMPATT二极管进行了相关研究，研究内容如下几个方面：1.各向异性对D波段SiC基IMPATT二极管性能的影响。

6、根据碰撞离化雪崩渡越时间二极管的理论，电荷载流子的碰撞离化率对控制碰撞离化雪崩渡越时间二极管的性能起很重要的作用，而碳化硅材料在<0001>方向和<112̅0>方向的载流子碰撞离化率具有较大的差异，因此，我们预测<0001>方向和<112̅0>方向4H-SiC碰撞离化雪崩渡越时间二极管的性能会有所不同。我们通过计算机仿真的方法对有相同结构的<0001>方向和<112̅0>方向4H-SiC碰撞离化雪崩渡越时间二极管的直流和高频特性做了详细的研究，并对仿真结果做了讨论。由于基于4H-SiC材料的碰撞离化雪崩渡越时间二极管以一维电流流动为主，所以基于4H-S

7、iC材料的碰撞离化雪崩渡越时间二极管的性能可以通过选择合适的电流流动的晶向来进行优化。仿真结果表明，和<112̅0>方向器件相比，<0001>方向器件具有较大的漂移区电压和较高的转换效率。<0001>方向4H-SiC碰撞离化雪崩渡越时间器件较高的击穿电压和较大的转换效率导致了<0001>方向的毫米波输出功率高于<112̅0>方向器件的输出功率。然而，<112̅0>方向4H-SiC碰撞离化雪崩渡越时间器件的品质因数Q值低于<0001>方向，因此，<112̅0>方向器件相比<0001>方向器件，具有较好的稳定性和较高的微波振荡生长率。所以，设计4H-SiC

8、碰撞离化雪崩渡越时间器件时，必须要考虑4H-SiC材料的各向异性。2.工作温度对SiC基单漂移