钒补偿6H-SiC光导开关的模拟仿真

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碳化硅作为第三代宽禁带半导体,具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高和热导率高等优势,是制备光导开关的优选材料。本文对钒补偿半绝缘6H-SiC光导开关进行了模拟仿真。本文采用的是钒(V)补偿半绝缘n型6H-SiC体材料为基底,非故意掺杂杂质为氮(N)和硼(B),电极尺寸为10 mm?10 mm,厚度为1 mm。钒补偿下的暗态电阻比本征时增加了7-8个数量级,因此钒补偿有效地增加了6H-SiC的电阻率,实现了材料的半绝缘性。基于漂移-扩散理论建立光导开关模型,探讨了非故意掺杂N的浓度对光导开关性能的影响。随着N浓度的增大,光电流随之增大,但电流拖尾现象较为严重。当N的浓度增加至1.42?1017 cm-3,光功率密度为107 W/cm2时,光电流达到0.26 A/?m。从器件的通流能力方面考虑,氮的浓度越大,光导开关的通流能力越强。但为了保证材料的半绝缘性,采用n型SiC材料制备光导开关时N的浓度应小于V的浓度,此时载流子的寿命为定值。采用不同光功率密度的脉冲激光触发光导开关时,光电流的上升时间(?r)比下降时间(?d)短很多,理论分析表明二者存在一定的关系,由此可以计算钒受主杂质的光电离截面,其数量级在10166 s。进一步研究还发现光激发的量子效率随着光功率密度的增加而减小。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第一章 文献综述第8-20页
    1.1 光导开关的应用第8-10页
    1.2 光导开关的研究现状第10-12页
    1.3 碳化硅光导开关第12-19页
        1.3.1 SiC的材料性能参数第12-15页
        1.3.2 SiC材料的半绝缘特性第15-16页
        1.3.3 光导开关的工作原理第16-19页
    1.4 本文研究内容第19-20页
第二章 钒补偿6H-SiC光导开关器件结构设计第20-27页
    2.1 材料选择第20-21页
    2.2 开关器件基本结构的确定第21-26页
        2.2.1 迁移率模型第21-24页
        2.2.2 6 H-SiC材料的光吸收-激发光源的选择第24-26页
    2.3 本章小结第26-27页
第三章 钒补偿6H-SiC光导开关器件的暗态特性仿真第27-36页
    3.1 Silvaco软件第27-29页
    3.2 器件的模拟仿真参数及模型第29-31页
        3.2.1 Auger和SRH(Shockley-Read-Hall)复合模型第29-30页
        3.2.2 陷阱效应第30-31页
    3.3 开关器件模拟仿真步骤第31-33页
    3.4 钒补偿6H-SiC光导开关的暗态特性第33-35页
    3.5 本章小结第35-36页
第四章 弱光下钒补偿6H-SiC光导开关的瞬态特性仿真第36-46页
    4.1 光脉冲对6H-SiC光导开关瞬态特性的影响第36-37页
    4.2 掺杂浓度对6H-SiC光导开关瞬态特性的影响第37-41页
    4.3 陷阱浓度对6H-SiC光导开关瞬态特性的影响第41-43页
    4.4 深能级杂质的光电导瞬态效应第43-45页
    4.5 本章小结第45-46页
第五章 总结和展望第46-48页
    5.1 总结第46-47页
    5.2 展望第47-48页
参考文献第48-53页
致谢第53页
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