第三代半导体紫外探测材料及器件关键技术

国家重点研发计划战略性先进电子材料重点专项

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针对项目所遇到的关键科学技术问题和项目组现有的工作基础,拟开展的主要研究内容如下:

1.高Al组分AlGaN材料外延技术研究

发展高质量AlN薄膜的外延生长及纳米图形化AlN模板制备方法;在此基础上,重点研究类横向外延和AlN/AlGaN渐变超晶格插入层等新型外延技术,实现超晶格中局域内建电场的有效调控,从而制备出p型高电导AlGaN材料。

2.低缺陷密度、高均匀性SiC外延技术研究

研究基于偏轴SiC衬底的低缺陷密度外延生长动力学及台阶流形貌控制方法,探索Si源和C源在水平式外延炉中耗尽分布随工艺条件的变化规律,实现SiC半导体外延厚度和掺杂分布的精确控制,制备出高质量的SiC外延材料。

3.宽禁带半导体APD结构设计研究

开展SiCAlGaN紫外APD的模型模拟研究,研究包括结终端扩展、场板等终端结构对器件内电场分布、击穿电压、以及漏电流影响;开展极化与能带工程在APD结构设计中的应用研究,模拟计算极化和带阶对载流子输运等特性的影响规律。

4.宽禁带半导体APD关键工艺研究

研究SiCAlGaN半导体的低损伤台面干法刻蚀工艺来抑制SiC APD表面缺陷态漏电的方法;通过发展浅槽刻蚀等技术,有效提高多元器件中各像元器件的填充因子;在保证低串扰水平的情况下,尽量减少器件间隙;通过扩大有效工艺窗口,提高器件工艺的片上一致性。

5.材料和物理参数、应力、缺陷与器件特性的关联模型和器件失效机理研究

    研究材料中不同类型缺陷对载流子的影响规律,揭示缺陷对器件性能的作用机理;研究器件各参数等对器件性能的影响规律,建立关联模型,有针对性地进行材料生长工艺改进和器件结构优化设计。同时,开展APD器件的可靠性与失效机理研究。

6.宽禁带半导体雪崩增强机理与新结构器件研究

     开展宽禁带半导体薄倍增层中载流子的碰撞电离模型研究,重点研究APD在高场下的载流子输运与暗电流机制,分析载流子隧穿与雪崩过程的竞争机制,发展利用极化与能带调控的高增益新型结构APD器件;开展等离激元增强宽禁带半导体APD研究,揭示等离激元产生的局部场增强及散射效应对APD灵敏度的影响机理。

7.光子计数阵列读出电路与紫外光子计数成像技术研究

研制数字式光子计数读出电路芯片,通过发展能够高灵敏度检测SiC单光子探测器雪崩电流的主被/动淬灭电路结构,实现APD器件雪崩电流的快速检测、淬灭和复位;在此基础上,研制光子计数紫外线阵成像仪,开展相关光学设计与封装工艺研究,并实现在高压电晕监测领域的演示验证;研制全天候复杂环境下工作的高信噪比、高精度光子计数激光成像系统,发展高速低抖动SiC APD单光子探测技术,实现高精度光子飞行时间探测。


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