SiC紫外探測器等效電路模型與集成化技術研究

《SiC紫外探測器等效電路模型與集成化技術研究》是依託西安電子科技大學，由張軍琴擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：SiC紫外探測器等效電路模型與集成化技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張軍琴
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本項目旨在對SiC紫外探測器的等效電路模型與單片光電集成問題進行探索研究。本項目基於PSPICE軟體開發適用於SiC紫外探測器的等效電路模型並通過PSPICE仿真實現對模型參數的最佳化；借鑑InP基、GaAs基等材料研製光電積體電路（OEIC）的方法，給出在SiC襯底上將金屬-半導體-金屬光電探測器（MSM-PD）與SiC MESFET單片集成實現短波長光接收機前端的設計方法；設計出SiC MSM-MESFET OEIC，並對其進行PSPICE電路級仿真和最佳化。對製備SiC OEIC的關鍵工藝技術進行實驗摸索，通過材料生長、工藝流程設計、版圖設計以及流片等步驟，從實驗上對SiC MSM-MESFET單片集成短波長光接收機前端的實現進行探索。本項目將為開展寬禁帶半導體器件以及OEIC的研究和改進奠定必要的理論基礎，對進一步研究和製備SiC單片光電集成器件具有重要指導作用。

結題摘要

隨著紫外探測技術的迅速發展，SiC紫外探測器以其獨特的優勢在光通信中展現出廣闊的發展前景，因此開展SiC紫外探測器電路模型以及以SiC為基礎的光接收機模組研究具有重要的意義。本項目基於紫外探測器的工作原理，從載流子連續性方程出發，建立了4H-SiC紫外探測器的等效電路模型，藉助PSpice所提供的電路描述手段對所建立的電路模型進行了子電路描述，並對紫外探測器的暗電流、光電流、瞬態特性等電學特性進行了PSpice仿真，仿真結果與文獻中實驗結果相吻合，驗證了所建模型的正確性；基於4H-SiC MESFET器件的小信號模型與大信號模型，藉助器件仿真結果提取了參數，在PSpice中建立了4H-SiC MESFET等效電路模型，並對模型進行了仿真與驗證；利用所建的4H-SiC紫外探測器和MESFET電路模型，設計了4H-SiC MSM-MESFET單片集成光接收機前端電路，並對其進行了PSpice電路級仿真和最佳化。本項目開展了n型、p型SiC金屬化以及高溫下性能穩定性的實驗研究。其中採用Ti(5nm)/Pt(25nm)金屬層，在n型SiC上製備了不同的金屬化樣品並進行了測試與計算，並研究了樣品在450℃下的性能穩定性問題；採用Ni/Ti/Al多層金屬體系在p型4H-SiC上製備了歐姆接觸，研究了樣品在600°C下的性能穩定性問題。本項目還開展了SiC紫外探測器的研製工作。其中採用Ni/Au金屬體系製備的4H-SiC MSM結構肖特基型紫外探測器，4V偏壓下探測器的暗電流約為1.24×10-8A，回響波段為250～350nm，最大回響值出現在280nm波長處。另外，本項目還開展了AlGaN HEMT器件的設計以及AlGaN紫外探測器的製備工作。其中採用剝離技術製備的Ni/Au MSM結構AlGaN紫外探測器，2V偏壓下AlGaN探測器的暗電流為5.61×10-9A，回響峰值出現在294nm處。本項目為實現單片集成短波長光接收機前端樣機奠定了必要的理論和實驗基礎。