SiC衬底上溶胶凝胶法P-CuAlO2薄膜的制备及其特性研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hansenhuang1983
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为了解决双极型SiC功率器件中由于P型SiC不完全电离所导致的p+n发射结注入效率低的问题,本研究提出将宽禁带P型CuAlO2与N型SiC形成的异质结作为发射结以提高该结的注入效率。本论文基于溶胶凝胶法(Sol-gel)研究了 4H-SiC衬底上CuAlO2薄膜的制备工艺,率先在SiC衬底上制备了CuAlO2薄膜及CuAlO2/SiC异质结,并对其特性进行研究。主要的研究工作及成果如下:1.研究了制备工艺对CuAlO2薄膜结构性能的影响。通过对0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L和0.7mol/L四种不同浓度下制备的薄膜进行结构性质测试结果表明,随着溶胶浓度的增大,薄膜的衍射峰峰强增强,结晶度提高,当溶胶浓度为0.7mol/L时制备的薄膜晶粒尺寸最大,粒径大小约为35 nm;对150℃、200℃、250℃和300℃四个不同预处理温度下制备的薄膜进行结构性质测试结果表明,较高的预处理温度有助于薄膜的结晶,当预处理温度为300℃时制备的薄膜结晶质量最好;在空气、氧气和氮气气氛下退火,结果表明氮气气氛更有助于薄膜的结晶;在800℃、900℃、1000℃、1100℃下高温退火,结果表明,随着退火温度的升高,薄膜的结晶质量呈先增加后降低的趋势。退火温度为1000℃时,薄膜的结晶度更高。2.研究了制备工艺对CuAlO2薄膜光电性能的影响。通过对不同浓度、不同预处理温度和不同退火温度下制备的薄膜进行光学测试,结果表明:薄膜的光透过率随着溶胶浓度和预处理温度的升高而降低,随着退火温度的升高而升高,在可见光范围的平均透过率大于70%,光学带隙为3.85 eV;通过PL测试,可以看到在λ=359 nm、λ=380 nm、λ=410 nm、λ=470 nm附近出现了四个发射峰,分别对应CuAlO2的紫外近带边缘发射峰、SiC的带边发射峰和两个铜空位缺陷峰。在800℃、900℃、1000℃、1100℃高温退火后CuAlO2薄膜的导电类型均为P型,薄膜电导率、载流子浓度、迁移率随着退火温度的升高呈先增后降的趋势。1000℃高温退火可获得电学特性最优的薄膜,其迁移率、载流子浓度和电导率分别为16.13 cm2/V·s、3.92×1017cm3和1.01 S·cm-1。3.研究了p-CuAlO2/n-SiC异质结的电学特性,结果表明:p-CuAlO2/n-SiC异质结具有良好的整流特性,开启电压约为1.6 V,当外加电压为±3 V时,异质结的整流比是1.26×103,从理论上通过对异质结能带结构分析计算出空穴/电子注入比为7.15×109。上述初步研究结果表明p-CuAlO2/n-4H-SiC异质结在双极SiC器件中的可行性。
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