碳化硅材料高功率光导开关研究

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1、摘要摘要半绝缘SiC由于其宽禁带、高临界击穿电场、高电子饱和漂移速度、高热导率等优良特性，使其非常适合作为大功率光导开关的基体材料。其中，4H—SiC的临界击穿电场达300MV／m，尤其适合应用于工作在高电压、高功率密度条件下的快速开关中。本文基于漂移．扩散理论建立了横向4H—SiC光导开关(PCSS)的器件模型，模拟了本征和钒掺杂半绝缘光导开关在恒定光照下的I．V特性。结果表明本征SiC．PCSS在偏置电压为10V、波长为300nm入射光的激励下产生了光电流；但当入射光波长大于500hill时，由于其光子能

2、量小于4H．SiC禁带宽度，本征SiC．PCSS没有产生明显的光电流，器件工作于本征吸收模式；对于补偿型4H．SiCPCSS，通过模拟成功地观察到钒作为深能级陷阱对自由载流子的俘获造成的对n型杂质N的补偿作用，进一步验证了钒在SiC中的补偿作用。该补偿型4H．SiCPCSS最大吸收系数出现在1020nln处，说明半绝缘4H．SiC光导开关可以用低于禁带宽度的波长激发，工作于非本征吸收模式。最后，本文以横向光导开关为基本结构，讨论了光导开关的关键工艺之一的欧姆接触问题，并设计了具体的工艺步骤和工艺参数，为制作S

3、iC光导开关奠定了基础。关键词：半绝缘4H-SiC光导开关模拟研究钒掺杂AbstractSemi—insulatingsiliconcarbide(SiC)isallattractivematerialforapplicationaspowercompactphotoconductivesemiconductorswitches(PCSS)duetoitslargebandgap，highcriticalelectricfieldstrength，highelectronsaturationvelocitya

4、ndhighthermalconductivity．Thecriticalfieldstrengthof300MV／mfor4H—SiCmakesitparticularlyattractiveforcompact，hi曲voltage，fastswitchingapplications．Alateral4H-SiCphotoconductivesemiconductorswitches(PCSS)devicemodelwasbuiltbasedontheDrift-diffusionModel，andthe

5、ntheI-Vcharacteristicsofintrinsicandvanadiumdopedextrinsicsemi--insulating4H··SiCphotoconductivesemiconductorswitchesweresimulatedrespectivelyunderinstantinputopticalintensity．Theresultsindicatedthatwhen10VbiasvoltageacrosstheintrinsicSiC—PCSSWasset，thephot

6、ocurrentwasproducedusingthe300nlTlwavelengthlight．ThereWasnoevidentphotocurrentasaresultoftheenergyofexcitationphotonswerelessthanthebandgapof4H-SiCwhenthewavelengthoftheilluminationlightexceeded500nnl，andthePCSSworkedinintrinsicabsorptionmodel．Forthecompen

7、sated4H-SiCPCSS，simulationalsosuccessfullyobservedthecompensationeffectofvanadiumasdeepleveltrapstocapturefreecarriersonn—typeimpurityN，whichfurthervalidatedthevanadium’ScompensationfunctioninSiCreportedbefore．Themaximumabsorptioncoefficientvaluereachedat10

8、20nlnwavelengthforthiscompensated4H—SiCPCSS，whichsuggestedthatsemi—insulating4H—SiCphotoconductivesemiconductorswitchescouldbeswitchedbythelightswiththewavelengthbelowthebandgapofitandworkedintheextrin