4H-SiC基紫外探測器減反射膜的設(shè)計、制備及應(yīng)用.pdf

1、本文主要開展了4H—SiC基紫外探測器減反射膜的設(shè)計、制備以及應(yīng)用工作，并取得了以下重要結(jié)果： 1．根據(jù)薄膜的透明波段、消光系數(shù)、折射率、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，從幾十種光學(xué)薄膜材料中挑選了Al2O3和SiO2，作為4H—SiC基紫外探測器的減反射膜材料?？紤]到薄膜的穩(wěn)定性，設(shè)計將SiO2膜置于Al2O3膜與4H—SiC基底之間，Al2O3作為外層膜淀積在SiO2薄膜之上。應(yīng)用矢量法和導(dǎo)納匹配技術(shù)，對薄膜的厚度進(jìn)行設(shè)計?？紤]到薄膜

2、實際制備中的誤差，模擬了折射率、厚度等變化對薄膜反射率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：厚度變化對薄膜反射率的影響最大，但折射率、消光系數(shù)和表面粗糙度等因素的影響也不能忽視。 2．根據(jù)減反射膜的設(shè)計，應(yīng)用電子束蒸發(fā)工藝在4H—SiC基底上淀積了總厚度為138nm的Al2O3/SiO2薄膜。通過反射率測試發(fā)現(xiàn)，該薄膜在276nm具有0.25％的反射率極小值，是目前在4H—SiC基底上所能得到的最小值。由于有些4H—SiC探測器的制備需要高溫退火，

3、所以將制備好的 Al2O3/SiO2薄膜分別在550、950及1100℃的氮氣中退火來檢驗薄膜特性。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：反射率極小值隨退火溫度的升高有藍(lán)移的趨勢，反射率最小值有輕微的波動，但仍然保持在0.4％左右。檢測發(fā)現(xiàn)這是由于薄膜厚度降低造成的。薄膜表面的粗糙度和顆粒均會隨退火溫度升高而增加，但退火后的薄膜粗糙度比退火前的小。盡管 Al2O3/SiO2薄膜在退火前后始終保持在無定形狀態(tài)，但是薄膜和基底界面隨退火溫度的升高有互擴(kuò)散現(xiàn)象，并且

4、有鋁硅酸鹽和低值Si氧化物的生成。 3．制備了具有Al2O3/SiO2減反射膜的4H—SiC基MSM紫外探測器，以及具有熱氧化SiO2薄膜的4H—SiC同類型器件。測試結(jié)果表明Al2O3/SiO2/4H—SiC器件的光電流是SiO2/4H—SiC器件的兩倍，但前者的暗電流與后者相比較大，在10V偏壓下分別為7.5和0.5pA。Al2O3/SiO2/4H—SiC器件在20V偏壓下的響應(yīng)度峰值位于在290nm處，達(dá)到0.12A/W，

5、為SiO2/4H—SiC器件的兩倍。經(jīng)計算，Al2O3/SiO2/4H—SiC器件的內(nèi)外量子效率峰值均在280nm波長，分別為50％和77％，是目前量子效率最高的4H—SiC基MSM探測器。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，在240—300nm，Al2O3/SiO2薄膜的反射率與器件的響應(yīng)度吻合得很好。 4．采用氧化和電子束蒸發(fā)兩種淀積工藝制備的 Al2O3/SiO2減反射膜，應(yīng)用到了4H—SiC基 p—i—n紫外光電二極管上。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，由于Al

6、2O3/SiO2/4H—SiC器件鈍化層的側(cè)壁鉆蝕，造成該器件的暗電流比熱氧化的SiO2/4H—SiC同類型器件大，在10V偏壓下分別為3.9和0.1pA。不過，前者的在280nm光照下的電流卻是后者的2.8倍，達(dá)到2.8nA。兩種器件的響應(yīng)度隨反偏電壓的增加均有很小的增益。在10V的偏壓下，Al2O3/SiO2/4H—SiC和SiO2/4H—SiC器件的響應(yīng)度峰值分別位于270和260nm，大小為49和32mA/W，對應(yīng)外量子效率分別