寬帶隙半導(dǎo)體4H-SiC核輻射探測(cè)器的設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、輻射探測(cè)器已廣泛應(yīng)用在軍事和民用方面，在軍事方面主要用在核導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)、核武器等國(guó)防安全重點(diǎn)領(lǐng)域。在民用方面主要應(yīng)用在醫(yī)療器械以及生物工程領(lǐng)域。
　　輻射探測(cè)器主要包括氣體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器等，半導(dǎo)體探測(cè)器與其它兩種探測(cè)器相比，具有探測(cè)效率高、線性范圍好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、載荷小、響應(yīng)快、能量分辨率高等多種優(yōu)點(diǎn)。第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料相比于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、熱導(dǎo)率高、臨界位移能大等特點(diǎn)

2、及優(yōu)點(diǎn)，在制備抗輻射、低噪聲、高分辨率核輻射探測(cè)器方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料。目前第三代半導(dǎo)體材料代表性材料有SiC和GaN，其中SiC在抗輻射方面具有更為突出的特性，因此SiC材料適合于制備輻射探測(cè)器。
　　本論文的研究工作是基于半導(dǎo)體器件及工藝仿真軟件Silvaco-TCAD展開的，針對(duì)4H-SiC肖特基結(jié)型和PIN結(jié)型α粒子輻射探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真及優(yōu)化。對(duì)于4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測(cè)器的研究，主要研究了器件結(jié)

3、構(gòu)、器件工作時(shí)的反向I-V及C-V特性以及外延層厚度、不同外延層摻雜濃度對(duì)器件性能的影響；以及針對(duì)4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測(cè)器的漏電機(jī)制，對(duì)添加鈍化層和終端保護(hù)結(jié)構(gòu)后對(duì)器件性能的影響。對(duì)于4H-SiC PIN結(jié)型一維位置靈敏α粒子輻射探測(cè)器的研究，主要研究P區(qū)摻雜濃度和厚度對(duì)于器件性能的影響；以及條形單元內(nèi)條寬L和條間距S的相對(duì)長(zhǎng)度對(duì)探測(cè)有效面積及靈敏度的影響。
　　利用SRIM-2013程序包確定了適用于5.486Me

4、V的α粒子輻照需要的SiC靈敏區(qū)厚度為18.22μm。肖特基結(jié)型α粒子探測(cè)器的仿真結(jié)果為，4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子輻射探測(cè)器反向I-V特性及C-V特性隨外延層摻雜濃度的增加而增加，結(jié)合實(shí)際4H-SiC材料的制備工藝，最終選取外延層的摻雜濃度為1×1014cm-3。探測(cè)器工作電壓最優(yōu)值為反向-50V。對(duì)于終端保護(hù)金屬場(chǎng)板的優(yōu)化，得到介質(zhì)層厚度為1.25μm、場(chǎng)板長(zhǎng)度為20μm時(shí)能最大限度地平衡肖特基接觸處的電場(chǎng)。PIN結(jié)型一維位置靈敏