4H-SiC sam-APD结构紫外光电探测器的设计与制备

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1、士学位论文＿硕５；參３４Ｈ－Ｓ－ＡＰＤ结构紫外光电探测器的设ｉＣｓａｍ计与制备＂：：作者姓名杨源恒：＿＾§学校导师姓名、称郭辉副教授企业导师姓名、职称张峰研究员Ｗｍ申请学位类别工程硕士１学校代码10701学号1511122693分类号TN2密级公开西安电子科技大学硕士学位论文4H-SiCsam-APD结构紫外光电探测器的设计与制备作者姓名：杨源恒领域：集成电路工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：郭辉副教授企业导师姓名、职称：张峰研究员学院：微电子学院提交日期：2018年6月DesignandFabracationof4H-SiCSam-APDU

2、ltraviolatePhotodetectorsAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByYangYuanhengSupervisor:GuoHuiTitle:AssociateProfessorSupervisor:ZhangFengTitle:ResearchFellowApril2018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

3、所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宂成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；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。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。：曰期本人签名：ＵＩＳ．ｆ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：，ｇ卩研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有

4、权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，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：导师签名：獅Ｈ■曰期：曰期：ｏ／ＷＩＷ．］摘要摘要以SiC、GaN等第三代半导体材料为基础的结型日盲紫外探测器件具有高量子效率，高响应速度以及高紫外可见比等优势，在军事及民用领域具有广泛的应用前景。而雪崩型紫外探测器应用雪崩倍增效应，使光信号被放大，提高了响应度，在盖革模式下能实现对极低紫

5、外光信号的精准探测。本文研究了一种吸收层与倍增层分离的4H-SiCsam-APD结构紫外探测器，该结构的设计思想是在增大吸收区厚度，提高量子效率的同时使光生载流子在薄的强电场区域倍增，获得均匀的增益。目前，国内外关于雪崩型紫外探测器的研究取得了很多进展，而在国内基于4H-SiC材料的雪崩型探测器仍未实现广泛的商用化。边缘击穿，暗电流大，内部增益不均匀等成为制约器件性能的重要因素。本文从原理及仿真的角度出发，结合实验，讨论了器件纵向结构及横向边缘终端对器件性能的影响，提出一些改善器件性能的方案，具体工作包括：1.分析了器件纵向结构对其内部电场和击穿电压的调制效果。推导了多层pn结结构各层掺杂浓

6、度及厚度下器件内部电场分布的简化公式，提出纵向结构的设计思路。从设计思路出发，设计了几种器件的纵向结构，经仿真验证器件击穿前其倍增层内电场可达到4MV/cm，而吸收层内电场为1MV/cm，满足倍增层内部高增益的同时吸收层也有较高的漂移速度。2.通过仿真分析了斜台面终端，MJTE终端，JTE注入型终端三种终端对应于不同器件纵向设计的可行性及边缘电场变化规律。仿真发现，小角度负斜面终端适用于相邻两层间浓度差别较大的情况；正斜面终端适用于相邻两层间的浓度差异较小（小于4倍）的情况；MJTE终端依赖于重掺杂一侧的掺杂浓度，要求重掺杂一侧的掺杂18-317-3浓度不宜大于2×10cm；JTE注入型终端

7、对应4×10cm的倍增层掺杂，离子注18-318-3入浓度在1×10cm到1.5×10cm的范围内能实现良好的边缘击穿抑制。考虑到成本及易实现性，设计了正斜面和负斜面两种sam-APD结构方案。3.仿真中分析了器件表面刻蚀窗口对量子效率的提升作用以及窗口对下方电场的影响机理，实验过程中应避免对窗口刻蚀过深而影响下方电场。基于窗口下方低电场阱的原理，提出了一种横向吸收区与倍增区分离的sam-APD结构设计方案。