论文部分内容阅读
碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料,其具有禁带宽、电子饱和漂移速度快、临界击穿场强高,以及耐高温和抗辐射等优良特性,广泛用于大功率、高频、高温、抗辐射电子器件的制造领域。SiC PiN器件在核辐射探测器方面有巨大优势,首先SiC优良的材料特性使器件能在高温和强辐射环境中工作;另外PiN结构灵敏区厚度大,适合高能辐射的探测,因此对SiC PiN器件的研究成为半导体核辐射探测器的热点之一。本文基于离子注入技术制备出6H-SiC PiN器件,并对器件的电学性能开展研究。利用SRIM软件模拟在不同注入条件下,N和Al离子在SiC中的分布情况,经过对注入次数和各次具体N和Al离子注入条件进行了模拟研究,使用多次注入并结合末次大角度注入的方法在500nm的SiC注入区域内实现较为均匀的N和Al离子浓度分布。对半绝缘6H-SiC单晶分别注入N和Al离子,在1450℃下,退火120min修复晶格损伤以及注入离子的电学激活。通过二次离子质谱发现,注入离子在退火后有一定程度的移动,同时在高温下的扩散作用下,N和Al离子浓度峰值均减小。通过X射线衍射谱发现,N和Al离子注入后的6H-SiC在位于35.54°和75.32°衍射峰位置分别出现小孪生峰,并且位于35.54°主峰的半高宽（FWHM）变宽;高温退火后孪生峰会消失,半高宽进一步变宽。通过拉曼图谱发现,N和Al离子注入会使位于765.85cm-1、788.03cm-1和964.48cm-1特征拉曼峰的半高宽展宽,且Al离子注入使6H-SiC有新拉曼峰的产生以及某些旧拉曼峰的消失,退火后恢复。通过霍尔以及注入面I-V特性测试发现,高温退火后的N和Al离子均有一定程度的电学激活。最后,利用离子注入技术,在半绝缘6H-SiC的Si面注入N离子,C面注入Al离子,制备出6H-SiC PiN器件。通过紫外可见吸收光谱表征,发现离子注入会在SiC中引入缺陷,高温退火有一定程度的恢复。通过I-V和C-V特性测试,发现制备的6H-SiC PiN器件的开启电压为3.026V;在-50V时,器件的漏电流密度为1.35×10-4A/cm2。通过对器件的紫外响应特性测试,观察到在不同反偏电压下,6H-SiC PiN的反向光电流比暗电流提高2-3倍;另外在0V和10V的反偏电压下,器件的响应度分别为1.43×10-3A/W和6.44×10-3A/W。