[发明专利]评估SiC同质异构结IMPATT二极管性能的方法

说明书

本发明提供一种评估SiC同质异构结碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管性能的方法，包括确定IMPATT二极管的结构，并构建IMPATT二极管N区及P区的厚度与工作频率f_d的关系。在此基础上，建立考虑同质异构结隧穿效应的泊松方程、连续性方程及电流密度方程，形成方程组。获取IMPATT二极管的边界条件，利用基于一维有限差分法的双迭代模拟技术对方程组进行迭代求解，计算出击穿电压、雪崩电压、漂移区电压、直流‑交流功率转换效率、电导和电纳等性能参数值。实施本发明，同时考虑了SiC同质异构结混合隧穿雪崩渡越时间(MITATT)二极管的性能，比较IMPATT、MITATT二极管性能的差异，可判断其稳定性。

技术领域

本发明涉及二极管评估技术领域，尤其涉及一种评估碳化硅(SiC)同质异构结碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管性能的方法。

背景技术

电磁波谱上频率为0.1THz～10THz范围内的电磁波称为太赫兹(Terahertz,THz,1THz＝10¹²Hz)波，该波在大气窗口内的衰减很小。渡越时间(TT)二极管应用非常广泛，是一种利用载流子的注入机制和载流子在渡越漂移区的过程综合引起相位延迟的负阻半导体器件。IMPATT二极管是一种利用碰撞雪崩注入机制的TT器件，是最常见的太赫兹波源，该器件的工作依赖于载流子的碰撞雪崩注入过程与载流子在漂移区的渡越过程，可作为国防、民用领域的毫米波、微波、太赫兹功率源。

SiC是一种间接带隙材料，具备带隙宽、临界击穿场强高、热导系数大、电子饱和漂移速率高等优良特性，更适合于高频功率电子器件的应用。SiC材料存在多型体现象，目前已发现并确定晶格结构的SiC同质多型体就多达200种以上，研究最多的SiC同质多型体主要有四种：3C-SiC、2H-SiC、4H-SiC和6H-SiC。由于2H-SiC材料在低于400℃时容易转化为其它多型体，不稳定。只有立方结构3C-SiC和六角密排结构4H-SiC、6H-SiC在制备大功率器件应用中是可靠的。

不同晶型SiC构成的异质结呈现出单晶材料不同的特性。目前已经设计了一些SiC异质结器件。V.M.Polyakov通过自洽求解4H-SiC/3C-SiC异质结的薛定鄂方程和泊松方程[V.M.Polyakov,et al.Journal of Applied Physics,2005,98(2):023709-1-6.]，得到2DEG面密度达到1.28×10¹³cm^-2，分别高于Al_0.3Ga_0.7N/GaN、6H-SiC/3C-SiC界面2DEG面密度(1.05×10¹³cm^-2、0.81×10¹³cm^-2)；势垒层4H-SiC掺杂能够明显提高4H-SiC/3C-SiC异质结的2DEG面密度，此密度对导带带阶变化不敏感，而且载流子极少进入势垒层；然而Al_0.3Ga_0.7N/GaN势垒层掺杂不能显著提高2DEG面密度，部分载流子进入势垒层；SiC的热导率高于GaN的值，尽管SiC的迁移率低于GaN的值，4H-SiC/3C-SiC异质结HEMT仍然非常值得关注。A.A.Lebedev等利用SEM附带的电子束诱导电流(EBIC)、二次电子(EBIC)技术[A.A.Lebedev,et al.Applied Surface Science,2001,184(1):419-424.]，研究了升华法研制的(n)6H-SiC/(p)3C-SiC异质结二极管的电学特性，异质结的导带带阶ΔE_c＝0.55eV，价带带阶ΔE_v＝0～0.15eV；二极管的电致发光谱峰位分别为2.9eV、2.3eV，分别对应6H-SiC、3C-SiC的带隙；C-V测试数据显示(n)6H-SiC/(p)3C-SiC为突变型异质结，内建势V_bi≈2.7V。