【摘 要】
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为弥补SiC在近红外光电子领域应用的不足,基于红外光敏β-FeSi2直接带隙半导体材料,提出了一种β-FeSi2/SiC异质结近红外光电二极管探测器。本文以β-FeSi2/SiC光电二极管为研
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为弥补SiC在近红外光电子领域应用的不足,基于红外光敏β-FeSi2直接带隙半导体材料,提出了一种β-FeSi2/SiC异质结近红外光电二极管探测器。本文以β-FeSi2/SiC光电二极管为研究对象,从理论和实验等方面开展了该器件的可行性研究工作。 本文的主要工作和成果如下: 1.采用器件模拟法对器件进行理论分析、建模和模拟,证明了该器件的可行性。通过分析界面态密度、吸收层厚度和浓度等因素对器件性能的影响,确定了当β-FeSi2层的厚度和掺杂浓度分别为2.5μm和1×1015cm-3,4H-SiC外延层厚度和浓度分别为2.0μm和1×1016cm-3时,在波长为1.42μm的光照下,峰值响应度高达755mA/W。 2.通过磁控溅射及后续退火的方法,分别在Si(100)、4H-SiC(0001)衬底上制备出了β-FeSi2薄膜,XRD的结果表明了β-FeSi2薄膜为多晶结构,在近红外波段,薄膜的光吸收系数接近于105cm-1的数量级,并且所制备β-FeSi2薄膜的光学禁带宽度为0.88eV。 3.对β-FeSi2薄膜进行了Al掺杂,发现掺杂并没有改变β-FeSi2薄膜的结晶结构,并且β-FeSi2薄膜的导电类型也从n型转化为p型,通过改变Al元素的溅射时间发现,随着Al含量在β-FeSi2薄膜中的增加β-FeSi2薄膜的电阻率减小。 4.制备出了p-β-FeSi2/n-Si、n-β-FeSi2/p-Si和p-β-FeSi2/n-4H-SiC异质结光电二极管,通过对其Ⅰ-Ⅴ特性的测试。实验证明了P-β-FeSi2/n-4H-SiC具有整流特性并对1.31μm近红外光具有明显的光电效应,偏压-1V时,在1.31μm@5mW激光照射下,光响应度可达14.3mA/W。 5.通过LabVIEW软件、KEITHLEY6517A型静电计和Agilent82357AGPIB-USB接口总线等设备,开发一套适用于光电二极管Ⅰ-Ⅴ特性测试系统,能够实现自动测量,数据的自动保存以及结果图形化的显示。 总之,本文从理论和实验上初步验证了β-FeSi2/SiC近红外光电二极管探测器的可行性,为进一步开发SiC基近红外光控器件奠定了基础。
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