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高功率脉冲技术在国防军事、航空航天、重工业等领域有着广泛的应用,功率开关在功率脉冲系统中担任着重要的角色。光导开关与其他类型的功率开关相比具有高峰值功率、高频率、低触发抖动、响应速度快等特点,是超高超快功率脉冲系统中开关器件的的最佳选择之一。近年来,第三代半导体碳化硅(SiC)材料应用日益广泛,SiC材料与传统半导体材料相比具有禁带宽度大、介电常数大、击穿场强高和热导率高等优异特性,在高频率、大功率开关应用方面拥有巨大优势,成为制备光导开关的优选材料。基于半绝缘SiC的光导开关器件,因结构简单、工艺难度较低、易于集成、外围电路简单等优点,已经成为国内外光导开关的重要研究方向。本文针对横向结构光导开关容易表面闪络击穿且激光利用效率低等问题,提出了一种具有氮化铝(Al N)减反射膜的横向结构4H-SiC光导开关,触发方式为反向触发。Al N层沉积在光导开关背面,作为激光入射面的减反射膜;在光导开关正面的阴极和阳极之间沉积Al N层,作为光导开关钝化层,从而提高器件的光学利用率和可靠性。本文主要研究了基于Al N减反射膜的光导开关瞬态、暗态和击穿特性,并依此设计了4H-SiC光导开关器件制备工艺,开展了相关实验研究,具体研究内容如下:(1)首先对光导开关研究现状和原理进行分析,确定基于半绝缘4H-SiC的横向结构光导开关作为研究对象。设计了具有Al N减反射膜和钝化层的4H-SiC光导开关,解决传统光导开关表面闪络击穿和激光利用效率低等问题。(2)在半导体工艺与器件仿真软件Silvaco-TCAD中将光导开关结构进行了简化,调用Atlas仿真器编程了网格划分、材料参数设定等,建立了光导开关仿真模型。仿真和分析了光导开关的瞬态、暗态和击穿特性。首先仿真分析了衬底中不同钒补偿杂质浓度对4H-SiC光导开关暗态和瞬态特性的影响。仿真结果表明,当钒掺杂浓度为1×1016cm-3时,开关器件暗态电阻率达到了1012?·cm量级,瞬态响应时间较快,但瞬态电流较小,综合暗态和瞬态特性因素,本文选择钒掺杂浓度为1×1016 cm-3。接着仿真分析了不同衬底厚度对瞬态、最小通态电阻和击穿特性的影响。根据仿真结果,确定了4H-SiC光导开关衬底厚度为350μm,开关器件的击穿达到80 k V。最后,仿真分析了Al N减反射膜对4H-SiC光导开关的影响,在波长为532 nm、光功率密度为3000 MW/cm2、偏压为2 k V的条件下,开关最大瞬态电流由9.96 A提高到11.49 A,提高了约15.4%,最大瞬态电流和激光能量的光学利用率得到了显著提高。(3)设计4H-SiC光导开关器件的制备工艺,重点研究了4H-SiC光导开关的Al N减反射膜和多层电极的制备工艺。利用射频磁控溅射系统在4H-SiC衬底上制备Al N薄膜,将制备的Al N薄膜进行测试表征,测试结果表明:制备的Al N薄膜晶向为(002),XRD衍射峰较为尖锐并且强度大;薄膜光学性质良好,Al N减反射膜的增透率大约15%;表面质量优良,满足本文对Al N薄膜性能的要求。为了减小金属电极与4H-SiC衬底之间的接触电阻,采用磁控溅射系统和制备了镍/钛/铂/金多层金属电极。最后,根据仿真结果总结了本文设计的4H-SiC光导开关器件性能表现,并对光导开关器件制备和测试存在的不足提出了优化和改进的方法。