SiC紫外探测器等效电路模型与集成化技术研究

本项目旨在对SiC紫外探测器的等效电路模型与单片光电集成问题进行探索研究。本项目基于PSPICE软件开发适用于SiC紫外探测器的等效电路模型并通过PSPICE仿真实现对模型参数的优化；借鉴InP基、GaAs基等材料研制光电集成电路（OEIC）的方法，给出在SiC衬底上将金属-半导体-金属光电探测器（MSM-PD）与SiC MESFET单片集成实现短波长光接收机前端的设计方法；设计出SiC MSM-MESFET OEIC，并对其进行PSPICE电路级仿真和优化。对制备SiC OEIC的关键工艺技术进行实验摸索，通过材料生长、工艺流程设计、版图设计以及流片等步骤，从实验上对SiC MSM-MESFET单片集成短波长光接收机前端的实现进行探索。本项目将为开展宽禁带半导体器件以及OEIC的研究和改进奠定必要的理论基础，对进一步研究和制备SiC单片光电集成器件具有重要指导作用。

随着紫外探测技术的迅速发展，SiC紫外探测器以其独特的优势在光通信中展现出广阔的发展前景，因此开展SiC紫外探测器电路模型以及以SiC为基础的光接收机模块研究具有重要的意义。. 本项目基于紫外探测器的工作原理，从载流子连续性方程出发，建立了4H-SiC紫外探测器的等效电路模型，借助PSpice所提供的电路描述手段对所建立的电路模型进行了子电路描述，并对紫外探测器的暗电流、光电流、瞬态特性等电学特性进行了PSpice仿真，仿真结果与文献中实验结果相吻合，验证了所建模型的正确性；基于4H-SiC MESFET器件的小信号模型与大信号模型，借助器件仿真结果提取了参数，在PSpice中建立了4H-SiC MESFET等效电路模型，并对模型进行了仿真与验证；利用所建的4H-SiC紫外探测器和MESFET电路模型，设计了4H-SiC MSM-MESFET单片集成光接收机前端电路，并对其进行了PSpice电路级仿真和优化。. 本项目开展了n型、p型SiC金属化以及高温下性能稳定性的实验研究。其中采用Ti(5nm)/Pt(25nm)金属层，在n型SiC上制备了不同的金属化样品并进行了测试与计算，并研究了样品在450℃下的性能稳定性问题；采用Ni/Ti/Al多层金属体系在p型4H-SiC上制备了欧姆接触，研究了样品在600°C下的性能稳定性问题。本项目还开展了SiC紫外探测器的研制工作。其中采用Ni/Au金属体系制备的4H-SiC MSM结构肖特基型紫外探测器，4V偏压下探测器的暗电流约为1.24×10-8A，响应波段为250～350nm，最大响应值出现在280nm波长处。另外，本项目还开展了AlGaN HEMT器件的设计以及AlGaN紫外探测器的制备工作。其中采用剥离技术制备的Ni/Au MSM结构AlGaN紫外探测器，2V偏压下AlGaN探测器的暗电流为5.61×10-9A，响应峰值出现在294nm处。. 本项目为实现单片集成短波长光接收机前端样机奠定了必要的理论和实验基础。