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AlGaN基MSM结构紫外探测器的设计与研制

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AlGaN基MSM结构紫外探测器的设计与研制

作者：邵会民天津大学

学位级别：硕士

光电探测在紫外波长范围的研究引起了人们广泛的关注。随着科技的发展,紫外探测技术得到的广泛的应用,军事上,紫外探测技术可广泛的用于导弹制导系统、紫外通信技术对抗、生化武器分析等领域中。在民用领域中,紫外探测技术也有着广泛的... 详细信息

光电探测在紫外波长范围的研究引起了人们广泛的关注。随着科技的发展,紫外探测技术得到的广泛的应用,军事上,紫外探测技术可广泛的用于导弹制导系统、紫外通信技术对抗、生化武器分析等领域中。在民用领域中,紫外探测技术也有着广泛的应用,可用于重大火灾的探测、生物医药分析、臭氧监测、紫外树脂固化、燃烧工程、紫外水净化处理、太阳照度监测、公安侦察、紫外天文学等非常广泛的领域中。总之,紫外探测技术是随着经济和科技的发展,是继红外和激光探测技术之后的又一项在军事和民用上广泛应用的光电探测技术,当今,世界各国都把紫外探测技术列为当今研究研究开发的重点课题。金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器的结构为平面型、制备工艺也比较简单、在制作的过程中只需制作金属-半导体肖特基接触,而无需制作p-n结、不需要进行n型和p型掺杂,不需要制作欧姆接触,并且用它制作的日盲型紫外探测器具有高响应度、低暗电流、高紫外/可见光抑制比、高探测率、高量子效率等诸多优点而倍受青睐,成为AlGaN基紫外探测器研制的首选结构之一。本论文详细的介绍了我们在制作AlGaN基MSM结构紫外探测器过程中所作的工作,包括:材料结构设计、器件结构设计、材料生长、器件制作、器件测试及性能分析。测试的结果显示:器件截止波长为276nm,说明器件有良好的日盲特性;在262nm处有陡峭的截止边,峰值响应也在262nm处,4V偏压下的峰值响应度为0.2A/W;紫外/可见光的对比度约为3个数量级;在1.5V偏压下的暗电流约为1nA,在5.3V偏压下的暗电流约为1μA。测得击穿电压在50V以上。测试完成后,对测试结果进行了分析。退火的AlGaN基MSM结构紫外探测器比不退火的I-V特性曲线平滑且对称性良好,说明退火能优化肖特基接触。这些工作为制作性能良好的AlGaN基MSM结构紫外探测器提供参考,对研究单片集成、制作AlGaN基MSM结构紫外焦平面阵列具有重要的指导意义。

关键词：铝镓氮日盲光谱响应紫外探测器

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磷化铟晶体中孪晶形成机理的研究进展

半导体技术 2022年第8期47卷 593-601,669页

作者：王书杰孙聂枫徐森锋史艳磊邵会民姜剑张晓丹中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 专用集成电路重点实验室石家庄050051

孪晶可以降低化合物半导体单晶的成品率,是目前半导体材料领域研究的热点之一。针对InP及相关极易产生孪晶的半导体材料,系统介绍了孪晶形核的各类物理模型,归纳了材料属性、晶体生长放肩角度、温度梯度、生长速率、小平面、半导体极性... 详细信息

孪晶可以降低化合物半导体单晶的成品率,是目前半导体材料领域研究的热点之一。针对InP及相关极易产生孪晶的半导体材料,系统介绍了孪晶形核的各类物理模型,归纳了材料属性、晶体生长放肩角度、温度梯度、生长速率、小平面、半导体极性及生长系统稳定性等因素对孪晶形成的影响。借助多晶硅中孪晶现象和形核机理解释了InP多晶中孪晶形核现象。同时,总结了掺杂剂及杂质元素对孪晶形成的影响。最后,对InP生长过程中孪晶形成及抑制方法进行了展望。InP单晶中孪晶的抑制将会大幅降低InP单晶衬底的成本,推动InP微电子及光电子领域的发展。

关键词：孪晶半导体材料磷化铟(InP) 多晶硅晶体生长

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半密封直拉法生长6英寸磷化铟单晶热场研究

无机材料学报 2023年第3期38卷 335-342页

作者：史艳磊孙聂枫徐成彦王书杰林朋马春雷徐森锋王维陈春梅付莉杰邵会民李晓岚王阳秦敬凯哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院索维奇智能材料实验室深圳518055 中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路重点实验室石家庄050051

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高... 详细信息

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高不下。增大InP单晶的直径对降低晶圆及半导体工艺成本至关重要。制备大尺寸InP单晶的主要难点是提高晶体的成品率和降低晶体的应力。目前行业内通常使用垂直梯度凝固(Vertical gradient freeze,VGF)法和液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski,LEC)法制备InP。VGF法在制备6英寸(15.24 cm)InP方面鲜有建树,LEC法制备的晶体往往具有更高的应力和位错密度。本研究展示了半密封直拉(Semi-Sealed Czochralski,SSC)法在生长大直径化合物半导体材料方面的优势,采用数值模拟方法分析了LEC法和SSC法中熔体、晶体、氧化硼和气氛中的温度分布,重点分析了SSC技术的温度分布。模拟结果中,SSC法晶体中的温度梯度为17.4 K/cm,明显低于LEC法中的温度梯度28.7 K/cm。在等径阶段SSC法晶体肩部附近气氛温度比LEC法高504 K。根据模拟结果对SSC法热场进行了优化后,本研究得到了低缺陷密度、无裂纹的6英寸S掺杂InP单晶,证实了SSC法应用于大尺寸InP单晶生长的优势。

关键词：磷化铟半密封直拉数值模拟热场

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6英寸低位错InP单晶生长研究

半导体技术 2023年第8期48卷 637-644页

作者：马春雷邵会民王阳王书杰康永刘惠生孙同年孙聂枫中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 固态微波器件与电路全国重点实验室石家庄050051

为了获得6英寸(1英寸≈2.54 cm)低缺陷InP单晶,采用改进的高压液封直拉技术生长了低位错密度的直径6英寸、最大长度超过了120 mm的InP单晶。掺杂剂为Fe和S,晶体的导电类型分别是半绝缘型和n型。首先分析了6英寸InP单晶生长的难点,利用... 详细信息

为了获得6英寸(1英寸≈2.54 cm)低缺陷InP单晶,采用改进的高压液封直拉技术生长了低位错密度的直径6英寸、最大长度超过了120 mm的InP单晶。掺杂剂为Fe和S,晶体的导电类型分别是半绝缘型和n型。首先分析了6英寸InP单晶生长的难点,利用半封闭热屏方法减小晶体内部的温度差异来降低晶体内的位错密度,同时采用多加热器热场调节晶体生长界面的稳定性并降低孪晶形核概率。从工艺角度阐述了固液界面对生长过程中位错及孪晶的影响,并提出降低位错增殖的工艺措施。通过优化生长条件及合适的固液界面形貌,将直径6英寸的半绝缘InP单晶的位错密度降低到0.5×10^(4)~1×10^(4)cm^(-2)。对掺S的n型InP单晶片,超过70%面积上位错密度可以低至0.5×10^(3)~1×10^(3)cm^(-2)。

关键词： InP 单晶位错固液界面热场

背照式AlGaN/GaN基PIN日盲型紫外探测器的研制

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光电子．激光 2011年第7期22卷 984-986页

作者：邵会民张世林谢生李献杰尹顺正蔡道民毛陆虹天津大学电子信息工程学院天津300072 中国电子科技集团公司第13研究所河北石家庄050051

利用MOCVD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长PIN型AlGaN/GaN外延材料,研制出背照式AlGaN基PIN日盲型紫外探测器,用紫外光谱测试系统和半导体参数测试仪分别测得了器件的光谱响应和I-V特性曲线。测试结果表明,器件的响应范围为260~280 nm,... 详细信息

利用MOCVD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长PIN型AlGaN/GaN外延材料,研制出背照式AlGaN基PIN日盲型紫外探测器,用紫外光谱测试系统和半导体参数测试仪分别测得了器件的光谱响应和I-V特性曲线。测试结果表明,器件的响应范围为260~280 nm,峰值响应出现在270 nm处,在2.5 V偏压下的最大响应度为0.055 A/W,对应的探测率为4.6×1011cm.Hz1/2.W-1;正向开启电压为1.6 V,反向击穿电压约为16 V,在-0.3 V偏压下的暗电流约为25 pA。

关键词： AlGaN 日盲光谱响应率紫外探测器

HP-LEC法InP单晶生长的引晶、放肩过程研究

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半导体技术 2013年第11期38卷 840-844,850页

作者：李玉茹黄清芳李晓岚邵会民史艳磊孙聂枫中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 厦门钨业股份有限公司福建厦门361000 专用集成电路重点实验室石家庄050051

摘要：利用自制高压单晶炉内采用高压液封直拉技术（HP—LEC）研究了〈100〉InP晶体生长过程中引晶和放肩阶段的控制等因素对单晶生长的影响。采用平放肩工艺进行了3～4英寸（1英寸=2．54cm）InP单晶的生长。通过多次实验，可重复生长... 详细信息

摘要：利用自制高压单晶炉内采用高压液封直拉技术（HP—LEC）研究了〈100〉InP晶体生长过程中引晶和放肩阶段的控制等因素对单晶生长的影响。采用平放肩工艺进行了3～4英寸（1英寸=2．54cm）InP单晶的生长。通过多次实验，可重复生长出直径80～110mm、长62～112mm的3～4英寸InP单晶锭。介绍了平放肩工艺技术特点和应用效果。经过统计和分析，认为InP晶体生长中放肩阶段的孪晶产生由多种因素造成，不存在所谓的“临界放肩角”。通过热场调整和工艺控制，可以用较低的提拉速度在较短时间内生长出3～4英寸头部；通过等径控制，可以生长出无孪晶或挛晶较少的高质量InP单晶。

关键词：直径4英寸 InP单晶平放肩孪晶高压液封直拉技术

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化合物半导体器件与电路的研究进展

微纳电子技术 2012年第10期49卷 650-653页

作者：李岚王阳李晓岚邵会民杨瑞霞中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 河北工业大学信息工程学院天津300130

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的... 详细信息

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。

关键词：砷化镓(GaAs) 磷化铟(InP) 氮化镓(GaN) HEMT HBT

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InP籽晶表面处理的装置设计与工艺优化

半导体技术 2021年第8期46卷 658-662页

作者：姜剑孙聂枫孙同年王书杰邵会民刘惠生中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 专用集成电路重点实验室石家庄050051

为改善InP籽晶表面洁净度,保证InP材料生长时的电学参数并减小引晶阶段孪晶形成概率,设计了InP籽晶表面处理装置。该装置采用动态方式对籽晶表面进行处理,采用原子力显微镜扫描处理后籽晶的表面形貌,结果显示籽晶表面无杂质和沾污。通... 详细信息

为改善InP籽晶表面洁净度,保证InP材料生长时的电学参数并减小引晶阶段孪晶形成概率,设计了InP籽晶表面处理装置。该装置采用动态方式对籽晶表面进行处理,采用原子力显微镜扫描处理后籽晶的表面形貌,结果显示籽晶表面无杂质和沾污。通过在晶体引晶部位的不同位置取样进行霍尔测试。测试结果显示,用常规静态方式和动态方式处理的籽晶,其生长出晶体引晶部分的样品的平均迁移率分别约为4 100 cm^(2)/(V·s)和4 600 cm^(2)/(V·s),平均载流子浓度分别约为7×10^(15) cm^(-3)和4×1015 cm^(-3)。通过该装置及工艺处理的籽晶,表面被处理得彻底、无沾污,容易生长出电学参数优异的晶体。

关键词： InP 籽晶表面处理腐蚀清洗

InP晶体中Fe、B、Cu和Zn的杂质分析

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微纳电子技术 2020年第8期57卷 631-636页

作者：王阳孙聂枫李晓岚王书杰邵会民史艳磊付莉杰中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 中国电子科技南湖研究院浙江嘉兴314051

采用液封直拉(LEC)法制备了掺Fe半绝缘磷化铟(InP)晶体,通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法和辉光放电质谱(GDMS)法等直接测试元素含量的方法研究了作为掺杂剂的Fe浓度分布和含量较高的B、Cu和Zn杂质对晶体质量的影响。结果表明,Fe浓... 详细信息

采用液封直拉(LEC)法制备了掺Fe半绝缘磷化铟(InP)晶体,通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法和辉光放电质谱(GDMS)法等直接测试元素含量的方法研究了作为掺杂剂的Fe浓度分布和含量较高的B、Cu和Zn杂质对晶体质量的影响。结果表明,Fe浓度在径向上呈现"W"形分布,整体上中心低、边缘高,但在中心附近微小增高;在轴向上呈现从晶体头部到尾部浓度逐渐增加的趋势;经GDMS全元素检测发现,在晶体头部的中心,B、Cu和Zn等杂质的浓度高。通过分析得出,Fe浓度在径向和轴向上的分布受杂质分凝、固液界面形状和局部微观扩散等因素影响;B、Cu和Zn等杂质主要来源液封剂B2O3和石墨系统沾污等,并且由于这些杂质的引入,导致晶体内容易产生难熔的In氧化物,在晶体内形成夹杂物的缺陷。

关键词：磷化铟(InP) Fe浓度杂质分布分凝缺陷