光注入型SiC基电荷耦合器件的可行性分析

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紫外成像探测器广泛使用在军事、工业、医学等领域,而宽禁带半导体在紫外光电探测领域具有信噪比高的潜在优势。相比于其他宽禁带半导体,SiC的晶体制备和外延生长等技术日趋成熟;并具有可直接氧化形成SiO2绝缘层等优点。本文利用Silvaco数值分析软件对光注入型6H-SiC埋沟电荷转移器件(BCCD)实现紫外光探测的特性进行了模拟,讨论和分析了这一创新设计的可行性。主要工作内容及其结论如下:  1.鉴于4H-SiC沟道电子迁移率较6H-SiC小很多,且6H-SiC的紫外吸收限较4H-SiC宽,采用6H-SiC设计了一个光注入型BCCD;采用隐埋沟道结构克服了SiC/SiO2界面态造成的沟道迁移率过低问题,同时将光敏元设计成PIN结构以提高光电转换效率。  2.对6H-SiCBCCD器件的关键结构参数进行了优化,确定n沟道层的掺杂浓度为3×1015cm-3,沟道深度为0.9μm,n+掺杂浓度选取1×1017cm-3,氧化层厚度为0.12μm。  3.采用CVT迁移率模型,利用6H-SiCSCCD验证了物理模型选择的正确性;当沟道位置从表面移至距界面0.2μm处时,电子迁移率从近表面处的47cm2/V·s提高到200cm2/V·s。  4.此器件在200nm~380nm的紫外光照下,光密度为0.1W/cm2,栅压为15V时,存储电子数为1.826×108个,即存储电子面密度为1.40×1012cm-2,验证了此器件实现信号电荷的产生、存储和转移特性的可行性。  5.在光密度为0.1W/cm2,栅压为15V,模拟了器件对不同波长单色紫外光的探测能力,其峰值响应为0.29μm波长处,相应的存储电子数达到1.834×107个;改变光密度,该器件对光密度低至0.005W/cm2的紫外光也具有一定响应,存储电子数可达1.035×107个,可实现对微弱紫外光的探测。
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